소형모듈원전 (Small Modular Reactor, SMR) 기술동향과 전망

미국의 실리콘밸리 지역을 중심으로한 녹색기술 동향,  PP 111~131, 한국과학기술정보연구원, 2012년4월발간

[Chapter 5]

소형모듈원전 (Small Modular Reactor, SMR) 기술동향과 전망

이상원 (Samuel S. Lee, Ph.D.)

 

Table of Contents

초록

1. 서론
2. SMR 원자로의 정의와 필요성
3. SMR 원자로의 경제성
4. 미국의 SMR 원자로 개발 현황
5. 러시아의 SMR 원자로 개발 현황
6. 한국의 SMR 원자로 개발 현황
7. 국제 규제
8. 결론 
9. 참고문헌

Abstract

With growing worries about the climate change and greenhouse gas emissions, issues and risks associated with hydrocarbon supplies, many government agencies are working to push the development of licensing for Small Modular Reactor (SMR).  The governments and nuclear utilities in several countries are considering SMR as a potential technology to complement large nuclear reactors in providing carbon-free power for domestic and industrial usage. SMR are part of a new generation of a nuclear power plants being designed in United States, Korea, France, Argentine etc, but have been paid attention to it all over the place for many different reasons. There are technical, regulatory and business aspects of bringing SMR to market. The SMR which was initially used for providing power to naval and air force bases were later considered for domestic power production. The objective of the SMR is to provide a flexible and cost–effective energy alternative. Small reactors are defined by the International Atomic Energy Agency (IAEA) as those with an electricity output of less than 300 MW. In the US’s 2012 budget proposal, funds are said to be allocated to the development and deployment of SMRs. Despite the constraints, the SMRs enlist more key drivers for its deployment. SMR design is also considered as an alternative to replacing ageing fossil power plants of similar capacities across the world. The low capital investment, low risk, proliferation resistance, quicker return on investment and faster construction will prove SMRs to be more completive and viable technology in comparison to large nuclear power reactors. The deployment of SMRs will be a potential market for nuclear suppliers across the world to provide equipment and services. once the SMR design completes all its licensing processes and gets a green signal from the Nuclear Regulatory Commission (NRC) for commercial operation, it will boost the global nuclear power industry in the near future.

초록

기후변화와 온실가스배출 및 탄화수소공급과 관련된 문제와 위험에 대한 우려증가와 함께, 많은 정부기관은 소형모듈원전(SMR)에 대한 허가기준을 개발하는데 심혈을 기울이고 있다. 몇몇 국가의 정부기관과 원전기구에서는 가정용과 산업용의 탄소가 없는 전력을 공급하는 대형 원자로를 보완하는 잠재적인 기술로 SMR을 ​​고려하고 있다. SMR은 미국, 한국, 프랑스, 아르젠티나 등에서 설계되어지고 있는 새로운 세대의 핵원자로이지만 여러 가지 이유로 인해 초미의 관심과 주목을 받고있다. 전력시장에 SMR은 기술적이고 규제적이고 사업적인 면들을 고민하게 한다. SMR은 초기에 해군과 공군 기지에 전력을 공급을 위해 사용되었다가 후에 민수용전력 생산을 고려하게 되었다. 이 SMR의 목적은 다루기 쉽고 비용면에서도 효율적인 대체에너지를 공급하는 것이다. 국제원자력기구 (IAEA)에서는 발전규모가 300 MW 이하인 원전을 SMR로 규정한다. 미국의 2012 예산안에는SMR의 개발 및 배포에 할당되는 예산을 수록하고 있다. 여러제약에도 불구하고, SMR의 배포는 주도적인 자리를 확보해 가고 있다. SMR 설계는 또한 전세계의 유사한 용량을 가진 노화한 화력 발전소를 대체하는 대안으로 간주되고 있다. SMR은 낮은 자본투자, 낮은 위험, 핵 확산 저항, 단기투자회수와 빠른시공으로 대형원전에 비해 보다 완성적이고 실용적인 기술로 증명될것이다.  SMR의 배포는 그 장비와 서비스를 제공하기 위한 전세계 핵 공급 업체들의 잠재적인 시장이 될 것이다. SMR설계의 인허가 과정이 완성되면  상업가동을 위한 원자력규제위원회 (NRC)의 녹색신호를 얻게되어, 가까운 장래에 세계 원자력 산업에 불을 짚힐 것이다.

1.         서론

 최근 지구 곳곳에서 발생하는 폭우나 폭설 등의 이상기후 현상과 북극과 고산 지역의 빙하 감소 등과 관련된 지구 온난화는 이제 우리가 직접 느낄 수 있을 정도로 빠르게 진행되고 있다. 이 지구 온난화의 주범인 CO2 가스 감축 방안으로 원자력 에너지의 중요성을 인식하고 있음에도 불구하고 2010년 3월 동일본 대지진 때 발생한 후쿠시마 원자력 발전소 사고로 인하여 원자력 발전소의 안전성과 그 폐기물의 처리 및 핵 비확산 문제로 원자력 발전의 타당성 논란으로 까지 이어지고 있다. 그러나 역설적으로 2010년 일본 후쿠시마 원전사고는 세계의 원자력 산업에 절대 위기이자 원자력 발전의 새로운 방향을 모색할 마지막 기회를 제공하고 있다.

역사적으로 원자력 발전소의 초기 설계는 현존하는 원자력 발전소보다 작은 크기였으나, 날이 갈수록 발전량의 극대화를 추구하다 보니 원자력 발전소가 대형화되며 규모의 경제를 통해 가격을 낮추는 방향으로 발전하여, 오늘날 신규 원자력 발전소의 대부분은 1,000~1,600 MW 규모이다. 또한, 기존 원자력 발전소는 건설에서 가동까지 보통 6년 이라는 긴 시간이 소요된다. 1980년대 이후 미국 등 일부 국가에서는 고립된 도서 산간 벽지 지역과 대형 원자력 발전소로 부터의 송전과 배전이 불가능한 지역에 설치하여 전력을 공급할 목적으로 소형 원자력 발전시설의 개발이 필요하다는 논의가 시작되었다. 

앞서 언급한, 후쿠시마 원자력 발전소 사고에서 보듯, 대형 원자력 발전소는 연료봉 냉각에 실패하면, 방사성 물질의 대량 유출로 이어져 상상을 초월한 재난 사고로 이어지게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 사용 후 핵연료를 재활용하는 고속증식로 등 다양한 차세대 원자로의 개발이 절실 해졌다. 그로인해 소형 모듈 원전 (SMR, Small Modular Nuclear Reactor)이 가지는 고도의 안전성은 조만간 상업적인 대체 원자력 발전시설로 자리잡을 전망이다. 그 고도의 안정성은 SMR 원자로가 외부로 부터 별도의 냉각용 물공급이나 보조전력 또는 보조발전시설없이 자체적으로 원자력 발전소의 기능을 수행할수 있다는 것이다. 

전 세계적으로, 현재 미국, 러시아, 프랑스, 아르헨티나, 한국 등 13개 국가에서 약 56 개 종류의 다양한SMR급 원자로가 개발 중에 있다. 그중에서 최근 미국을 중심으로 보다 안전하고 경제적인 새로운 원자력 발전으로서 SMR 기술 개발이 본격화되고 있다. SMR 원자로를 이용한 원자력 발전소는 건설기간이 짧아 단기간에 원자력 발전의 비중을 확대시키기 위한 대안으로 활발하게 논의되고 있다. 이 중 미국 로스 알라모스 국립연구소 (Los Alamos National Lab)와 미국Hyperion Power Generation 회사가 공동 개발한 초소형25 MW급 SMR과 러시아의 KLT-40S, 인도의 PHWR-220 등 8종류 SMR원자로는 상용화 단계에 있으며, 약 12개 종류의 SMR 원자로는 2020년까지 상용화를 위한 원자력 발전소 건설에 사용될 것으로 전망하고 있다.

미국 원자력규제위원회(NRC, Nuclear Regulatory Commission)는 현재까지 연방규제조항 (CFR, Code of Federal Regulations) 그리고 NUREG-1055와 NUREG-800을 통해 주로700 MW급이상의 대형 상업용 원자력 발전소의 원자로에 초점을 맞추어 설계와 안전규정, 관련인력에 대한 요구사항, 그리고 인가와 허가에 필요한 비용등 대형 원자력 발전소의 인허가 만을 규제하고 있다. 이러한 SMR에 대한 NRC의 규제에 관한 규제조항이 전혀 준비되지 못한체 대형 원자로에 대한 규정을 차용하고 있는 현재의 인허가 규정 문제는 SMR의 가장 큰 장애요소로 작용하고 있어서, 2009년 10월과 2010년 6월의 워크숍 그리고 2010년 5월의 의회공청회를 통해 NRC의 규제문제를 해결하기 위해서 지속적으로 논의하고 있다.  

2.         SMR 원자로의 정의와 필요성

일반적으로 원자력 업계에서는 500 MW이하의 원자력 발전소의 원자로를 소형 원자로라 하지만 국제원자력기구 (IAEA, International Atomic Energy Agency)에서는 발전 규모가 300 MW 이하인 원자로를 SMR 원자로로 규정한다. 최근 세간의 관심을 끌고 있는 SMR 원자로 기술은 발전 규모가 약 100 MW 내외로서 기존의 대형 원자력 발전의 약 1/10의 규모이다. 원자력 발전소 사고의 주요 원인인 방사성 붕괴열은 원자로가 소형화 될 수록 그 규모가 줄어 들기 때문에, SMR 원자로는 별도의 비상 냉각 장치나 비상 전원이 따로 작동하지 않아도 원자로 외벽을 통해 방사성 붕괴열을 자연적으로 외부로 방출되도록 설계되어 방사능 누출을 최소화 시켜 안전성을 확보할 수 있다. 

다시 말하면, SMR 원자로의 장점인 안정성 확보는 기존 원자력 발전소의 원자로 크기에 비해 획기적으로 원자로를 소형화 할수 있어서 뜻하지 않게 사고가 발생하여도 외부에서 공급하는 냉각수가 없어도 자연 상태 하의 공기만으로도 방사성 붕괴열을 낮추어 온도를 쉽게 조절할 수 있게 된다. 이같은 원자로의 온도조절 확보는SMR 원자력 발전소를 바닷가가 아닌 내륙에도 건설할 수 있어 안정성과 더불어 설치 지역도 넓어지고 경제성도 확보할 수 있다. 2010년 3월 동일본 대지진 때 발생한 후쿠시마 원자력 발전소와 같은 사고에도 SMR 원자로가 전혀 녹는 일이 없이 견딜 수 있다는 큰 장점을 가지게 된다.

또한, 대부분의 SMR 원자로 설계에서 증기발생기를 원자로 용기 내부로 옮김으로써 대형 원자력 발전소에서의 매우 복잡하고 큰 규모의 부피를 차지하는 원자로 냉각계통 전체가 소형 원통형 모듈로 압축됐다 (그림 1). 대형 원자력 발전소는 설치되는 부지와 그 주변환경에 따라서 같은 방식의 원자로라도 설계와 구성 그리고 건설이 다 달라지지만, SMR 원자로는 동일한 모듈이므로 한번 인허가를 받으면, 필요한 출력 에너지 개수만큼 연결해 요구되는 발전 용량을 맞출 수 있는 것이다. 그럼으로써 이러한 모듈형 원자로를 공장에서 대량 생산하여 발전소 부지에서 조립만 하게 되어 전체 원자력 발전소 건설과 건설 이후의 발전 비용, 그리고 건설기간 자체를 대폭 줄일 수 있어 경제성을 최대한 확보할수 있다. 100 MW급 SMR 원자로 4개 정도만 연결해도 한국내에 있는 어지간한 화력발전소 하나의 규모를 확보할 수 있다. 

후쿠시마 원자력 발전소 사고의 여파로 인하여, 최근 세계 곳곳에서는 기존에 예정되어 있던 원자력 발전소의 건설이 늦춰지고 있고, 그 건설 자체를 제고하는 분위기가 팽배하여, 그동안 저변에서 연구되어 오던 우수한 안전성과 적은 초기 투자 비용으로 요약되는 SMR 원자로의 장점이 극적으로 부각되기 시작했다. 향후 전력 기반시설이 부족한 저개발 국가라든가, 또는 고립되어 독립계통이 유리한 산악지역이나 섬지역 등에 SMR 원자로의 보급이 확대될 가능성이 높다. 

하지만 아직까지는 SMR 원자로의 기술개발적 측면에서는 그 활용 가능성이 매우 높으나, 향후 본격적인 상용화를 위해서는 운영실적의 검증과 인허가 등과 같은 해결되어야 할 문제점이 많이 산적하여 있기는 하다. 한국내에서도 후쿠시마 원자력 발전소 사고 이후, 안전성 강화를 강조하는 국제 추세에 부응해야 하므로 SMR 원자로와 같은 안전한 원자로를 설계하여야 하고, SMR 원자로을 이용한 소형원자력 발전소의 건설기술 개발을 통해 석탄이나 LNG와 같은 화석연료의 발전소 설비를 대체하여야 하고, 산간 도서 벽지 등 계통고립지역에 적용할 SMR 원자로를 개발하여 미국 등 원자력 발전 경쟁국들과 함께 원자력 발전 신흥국 진출을 위한 방안이 필요할 것으로 사료된다.

그림 1. SMR 원자로의 일반적인 모형도

3.         SMR 원자로의 경제성

SMR 원자로는 대형 원자력 발전소의 원자로를 제외한 다른 에너지원과의 가격대비 경쟁력이 아주 우수하다. 하지만 대형 원자력 발전소 대비 초기 건설비는 저렴한 반면에 건설 단가는 크게 증가한다는 단점이 있다. 경제협력개발기구 (OECD, Organization for Economic Co-operation and Development)산하의 원자력기구인 NEA (Nuclear Energy Agency)의 SMR 원자로 기술 및 경제성 분석 보고서에 따르면 설비용량 90 MW급 SMR형 소형 원자력 발전소의 현재 건설단가는 kW당 6,470,000원, 이용율이 90%일 경우 발전단가는 kWh당 62원으로 산출하였다. 

이는 설비용량이 1,400 MW인 대형 원자력 발전소와 비교했을 때 건설단가는 2.5배 그리고 발전단가는 1.8배 수준으로 추정된다. 하지만 향후 지속적으로SMR 원자로의 보급이 확대된다면 SMR 원자로의 제작 기간 또한 단축될 것이고, SMR 원자로의 설계 또한 간소화 되고, 공장 제작도 대량화 되는 등 여러면에서 SMR 원자로의 비용을 절감할 수 있어 대형 원자력 발전소 대비 최소 10~40% 수준에서 가격이 형성될 것으로 전망하고 있다. 물론 이러한 전망은 세계 원자력 시장의 환경 변화 등을 감안해 지속적으로 검토 할 과제이기도 하다.

국제원자력기구 (IAEA)는 2050년까지 전력 기반 시설이 부족한 저개발 국가와 독립 계통이 유리한 산간 도서 벽지 지역 등을 중심으로 500~1,000기의 SMR원자로를 장착한 원자력 발전소가 전 세계적으로 운영될 것으로 전망하고 있다. 이는 약 3,500억불 규모의 SMR 원자로 시장이 형성되는 것이다. 이러한 이유로 미국등 원자력 발전 강국은 SMR형 원자력 발전소의 초기 건설 비용을 현실화 시킬 방법을 모색하면서 앞으로의 SMR 원자로 시장 선점을 위해 국가적인 총력전을 전개하고 있다.

4.         미국의 SMR 원자로 개발 현황

미국의 상업용 SMR 원자로 개발 기술은 오랜동안 미해군에서 사용하던 원자력 잠수함 및 원자력 항공 모함의 동력 추진 기술을 민간에 이전하기 시작하여 상업화를 모색하고 있는 기술이다. 원자력 항공모함의 경우에는 여러 기의 동일한 SMR 원자로 모듈을 연결해 요구 되는 대용량의 동력을 이루는 방식을 활용하고 있는데, 이미 오레곤의 NuScale 회사, 노스캘로라이나의 B&W (Babcock & Wilcox)회사, 웨스팅하우스 (Westinghouse Electric Company), 뉴저지의 HOLTEC International 회사, 테너시의 미연방 Tennessee Valley Authority, 코네티컷의 General Dynamic Electric Boat 회사, 텍사스의 FLUOR 회사, 미국연방 에너지규제위원회 (NRC), 워싱톤디시의 원자력에너지연구소 (NEI, Nuclear Energy Institute 같은 회사와 기관에서는 독자적인 설계를 마치고 SMR 원자로의 실증시험에 들어가 있다. 이는 미국 주요기업들뿐만 아니라 미국 정부도 SMR 원자로의 사업성에 큰 희망을 걸고 있음을 단적으로 말해준다. 

미국 오바마 행정부는 SMR 원자로 개발을 재정적으로 지원하도록 의회에서 법제화하여, 미국 상.하원에서는 2012년도에 15억 달러를 SMR 원자로 개발에 대한 투자예산 배정을 승인한 상태이다. 또한, 물을 냉각재로 사용하는 경수형 SMR 원자로의 기술과 러시아식 납과 비스무스를 사용하는 액체금속를 냉각재로 사용하는 SMART (System-integrated Modular Advanced Reactor)형 SMR 고속원자로 개발을 위해 별도의 예산이 상원에서 승인된 상태이다 (표 1). 경수형 SMR 원자로는 미해군에서 쌓은 많은 경험을 활용하는 것으로, 규제기관인 NRC로 부터 SMR 원자로의 안전성에 대한 인허가도 쉽게 받을 것으로 전망된다. 이미, 빌 게이츠등 미국 경제를 주도하는 인물들이 SMR 원자로 기술개발 관련회사에 적극적으로 투자하기 시작했다.

표 1. 미국 상.하원을 통과하여 승인된 SMR 관련 예산안

예산세부사항	예산통과금액	비고
원자력에너지국예산	$768.6 million	증액
SMR 인허가 프로그램	$67 million	하원심의원안
고도의 SMR 개념정립	$28 million	하원심의원안
고도의 원자로 개념정립	$21 million	하원심의원안
차세대 원자력 발전소	$40 million	하원심의원안
연료공급 R&D	$187.35 million	하원심의원안
고도에너지연구 (ARPA-E)	$275 million	증액
비국방관련	$235.72 million	증액
국방관련	$5.02 billion	증액
핵확산방지	$2.3 billion	증액

주) 2011년 12월 16일 하원통과, 동년 12월 17일 상원 증액통과 후 대통령 승인

미국이 세계시장에 SMR 원자로를 수출하기 위해서는, 그 무엇 보다도 수출사업을 추진 하기 전에 미국 내에서 SMR 원자로를 장착한 원자력 발전소 건설을 통해 실증된 설계도의 확보가 절실하다고 SMR 전문가들은 진단한다. 그러기 위해서는, SMR 원자로 설계의 인허가와 관련하여 여러 개의 원자로가 모여 하나의 발전소를 이루는 SMR 발전소의 각 원자로당 운영허가 수수료에 대한 대폭적인 할인과 비상계획구역(EPZ)의 범위를 확정하는 일 그리고 물리적 방호 시설의 요구정도를 규제하는 법률입안등의 많은 현안들을 우선적으로 해소하여야 한다.

실증된 설계도를 만들기 위한 미국 내 SMR 원자력 발전소 건설은 미국방성 산하의 육군 군사 시설에 집중적으로 설치되어 미국 전역에 분포 되고 있고 될 예정이다 (그림 2). 미국정부는 육군이 SMR 원자로를 장착한 원자력 발전소 시설을 건설 할 때 되도록 이면 민간기업의 참여를 유도하고 있고 보다 확대 할 예정일 뿐만 아니라, 일반 개인 투자자들이 참여 할수 있도록 여러가지 세재 혜택 등의 투자를 유발하고 촉진 할수 있도록 제도 역시 대대적으로 정비할 예정이다

그림 2. 미국내에 설치되엇고 설치될 미육군의 SMR 원자로가 장착된 원자력 발전시설 분포도

또한, 이미 설치되거나 앞으로 설치 될 육군의 SMR 원자로가 장착된 원자력 발전소들은 전세계 탄소권 시장에서 수익 상품으로 활용 할 수 있도록 온실가스의 감축 효과를 정량적으로 분석할 자료로도 활용 하게  된다. 이 자료는 풍력, 태양광, 태양열, 지열, 조력, 파력, 바이오연료 등 기타 신재생에너지와의 효율적인 비교를 통하여 SMR 원자로가 장착된 원자력 발전이 인류의 차세대 에너지원으로서 최선의 선택임을 적극 홍보하게 된다.

SMR 원자로가 장착된 원자력 발전소를 시설 한 뒤 당분간은 초기 비용면에서는 발전 단가가 1 KWh당 20.8 센트로 현재의 7.3 센트보다 3배정도로 높은 비용을 유지 할 것으로 예상된다. 그로인한 손실 보전 대책으로는 SMR 원자로가 장착된 원자력 발전소에 대해서는 허가 기간을 기존의 대형 원자력 발전소의 40년보다 20년을 더 연장 해주어 60년의 허가기간을 보장해줄 예정이다. 여러 수익구조 시뮬레이션 결과로 볼때, SMR 원자로가 장착된 원자력 발전소를 시설 한 후 아무리 길어도 30년이면 손익분기를 넘을 것으로 본다 (그림 3). 그리고 별도로 온실가스 공헌비용이 수입으로 포함되고 각종 세제 혜택과 공익기금 수혜 그리고 초저리 은행융자 등의 이득분을 포함한다면 손익분기를 넘기는 기간은 대폭 줄어들 것으로 예상된다.

그림 3. 미육군내에 설치될 SMR 원자로 시설 대체 비용 구성도

현재 미국이 주도하고 있는 가장 가시적이고 대표적인 SMR 원자로의 개발로는 미국 로스 알라모스 국립연구소 (Los Alamos National Lab)와 미국Hyperion Power Generation 회사가 공동 개발한 초소형 SMR 원자로로 폭 1.5 m, 길이 2.5 m 크기의 25 MW 규모의 SMR 원자로 개발이 있다. 그림 4는 이 초소형 SMR 원자로를 사람의 크기와 비교한 것으로 이정도 크기의 SMR 원자로는 대략 2만 가구의 가정이 쓸 수 있는 전력 에너지를 생산 할 수 있는 규모이다.  미국 Hyperion Power Generation 회사는 2010년부터 25 밀리언 달라 (약 290억원) 에  이 초소형  SMR 원자로의 시제품을 판매하기 시작하였다. 미국 Hyperion Power Generation 회사는 자체적으로 2015년도 쯤에는 SMR 원자로 가격의 안정성을 확보하여 상업용 SMR 원자로 판매에 성공할 것으로 내다보고 있다. 

이러한 상황 등으로 미루어 볼 때, 미국 SMR 원자로 산업계는 2015년경이 되면 최소한 본격적인 SMR 원자로의 상업용 건설에 들어갈 수 있을 것으로 본다. 오레곤의 NuScale 회사, 노스캘로라이나의 B&W (Babcock & Wilcox)회사, 웨스팅하우스 (Westinghouse Electric Company), 뉴저지의 HOLTEC International 회사, 테너시의 미연방 Tennessee Valley Authority, 코네티컷의 General Dynamic Electric Boat 회사, 텍사스의 FLUOR 회사, 미국연방 에너지규제위원회 (NRC), 워싱톤디시의 원자력에너지연구소 (NEI, Nuclear Energy Institute) 같은 곳이 원자력 산업계에 SMR 원자로의 기술적인 배포를 선도하는 대표적인 회사와 기관들이다.

그림 4. 초소형 SMR 원자로와 사람의 크기 비교

5.         러시아의 SMR 원자로 개발 현황

러시아는, 물을 사용하여 방사성 붕괴열을 식히는 경수로 방식에 집중하는 미국의 전략 과는 대조적으로, 납과 비스무스를 사용하는 액체금속을 방사성 붕괴열을 식히는 냉각재로 사용하는 소형 일체식 SMART (System-integrated Modular Advanced Reactor)형 SMR 고속원자로에 일찌감치 승부를 걸었다. 이는 과거 러시아의 북극 원자력 잠수함대가 이미 다년간 사용해 온 액체 금속 냉각재와 방사선 차폐 기술을 활용하겠다는 것이다. 러시아 국영 원자력공사 (State Atomic Energy Corporation Rosatom)와 러시아 최대 알루미늄 회사인 OAO Irkutskenergo의 합작으로 설립된 AKME-engineering 회사는 2013년에 상업용 SMART형 SMR 고속원자로의 인허가 취득을 목표로 기술개발에 총력을 기울이고 있다.

미국식 경수형 SMR 원자로에 비교하여 볼 때, 러시아식 액체금속 냉각방식 SMART형 SMR 고속원자로의 장점은 원자로에 장전한 핵연료의 수명이 대푹 길어져서 잦은 재장전이 필요하지 않다는 것이다. 미국도 최근 마이크로소프트사의 창업자인 빌 게이츠가 막대한 자금을 투자한 워싱톤주 시애틀에 소재한 원자력발전기술회사인 TERRAPOWER Ventures Management, LLC가 바로 이 러시아식과 유사한 액체금속 냉각방식의 SMART형SMR 고속원자로를 개발하는 회사이다. 이 회사는 액체금속을 이용하여 핵연료의 수명을 극대화시키므로써 핵연료의 재장전 빈도를 낮추고 핵연료를 사용한후 핵연료 패기물 문제를 최소화하여 핵확산 우려를 종식시키겠다고 한다. 앞으로 이 회사의 개발 성과를 통해 미국과 러시아의 독특한 기술들이 어떤식으로 융합 하여 보다 효율적인 SMR 원자로 개발에 얼마나 기여할지 귀추가 주목된다.

 6.        한국의 SMR 원자로 개발 현황

앞서 언급하였 듯이, SMR 원자로의 상용화는 기존의 미국과 러시아에서 군사적인 목적으로 원자력 추진 잠수함과 원자력 추진 항공모함에 쓰이던 원자력 이용 기술을 민간에 이전하는 과정이다. 핵확산 방지 국제 조약과 핵무장 강국들의 미묘한 견제 때문에 한국은 원자력 추진 잠수함과 원자력 추진 항공모함등 군사적인 차원의 SMR 원자로 개발을 위한 기술 경험을 가질 기회가 전혀 없었다. 이러한 핵확산 방지 국제 규제와 핵무장 강국들의 미묘한 견제는 현재 개발 중인 한국의 SMART형 SMR 원자로의 크기를 적극적으로 소형화 시키고 모듈화 시키는데 큰 제약으로 작용하고 있다. 

한국 원자력연구원 (KAERI)은 10년 전부터 약 3000억원 규모의 국책연구비를 투입하여 러시아의 핵잠수함 기술인 65 MW급 SMART형 SMR 원자로 (KLT-40S)를 러시아의 OKBM 회사로 부터 기술이전 받았다. 그 이전 받은 기술로 한국형 SMART라는 일체형인 소형 SMR 원자로를 개발 중에 있으나 크기면에서 실제로 원자력 발전소를 건설할 여건을 확보 하지는 못했다고 한다. 한국의 SMART형 SMR 원자로의 크기는 미국의 SMR 원자로와 대형 원자력 발전소 원자로의 중간 단계로 알려져 있다.  

한국에서 개발 중인 이 한국의 SMART형 SMR 원자로는 초기에 알려진 바로는 “원자로 1기로 인구 10만명 규모의 도시에 약 90 MW의 전력과 하루 4만톤의 물을 동시에 공급할 수 있으며, 2009년 표준설계를 완성하고, 2011년말까지 한국내 설계 인증 인가를 마치고, 2012년에는 산업계 주도로 실증 원자로 건설에 들어가, 2016년에는 상업용 플랜트건설을 목표로 추진 중에 있다”는 것이었다. 이와 함께 조기 상용화 및 수출 추진을 목표로 한국내 13개 기업이 컨소시엄 형태로 참여하여 SMART 형 SMR 원자로의 기술검증 및 표준설계 인가  획득사업을 진행 중에 있다.

한국의 당초 계획대로라면 미국의SMR 원자로가 상업시장에 첫 선을 보이는 2015년과 비슷한 시기에 한국이 세계 SMR 원자로 시장에 뛰어 들수도 있게 되는 것이다. 그로 인한 경제적 효과는 매출액 11조5천억원, 수출액 100억달러, 고용인원 1만3천명, 투자유발액 1조5천억원이라고 한다. 하지만 한국의13개 참여기업들이 초기 투자가 많이 든다는 이유로 실용화를 꺼리고 있다고 한다.

7.         국제 규제

원자력 추진 잠수함과 원자력 추진 함공모함에 사용되는 SMR 원자로와 원자력 추진 잠수함 그 자체의 수출과 기술이전은 국제법 위반은 않이지만 이를 수입하는 국가의 핵무장에 한걸음 다가 간다는 측면에서 국제적인 견제가 아주 심한 편으로 SMR 원자로의 기술 발전과 확산을 저해하는 요인으로 작용하고 있다. 미국등 핵무장 강국에서는, 미국 원자력 추진 잠수함의 원자로인 SMR 원자로와 러시아 원자력 추진 잠수함의 원자로인 SMART형 SMR 원자로가 제3국에 수출되거나 그 기술이 이전되어 그 나라의 원자력 추진 잠수함 건조에 이용되는 것에 극도로 민감하게 반응한다. 

현재까지는, 원자력 추진 잠수함에 핵미사일을 탑재하여 수출하게 되면, 핵미사일 수출 부분만이 국제법을 위반하게 된다는 점 만을 부각시키고 있다. 실제로 원자력 추진 잠수함의 국가간 수출입 경우로는 2009년 프랑스가 핵미사일이 탑재되지 않은 원자력 추진 잠수함인 바라쿠다급 원자력 추진 잠수함을 브라질에 수출했고, 구 공산권 국가 로서는 러시아가 핵무기 보유국으로 알려져 있는 인도에 역시 핵미사일이 탑재되지 않은 원자력 추진 잠수함인 아쿨라급 원자력 추진 잠수함을 리스해 준 적이 있었다. 당시 프랑스의 원자력 추진 잠수함의 브라질 수출은 전 세계적으로 핵무장을 하지 않은 국가에 대한 최초의 원자력 추진 잠수함 수출로 핵무장 강국들을 긴장시키며 초미의 관심을 끌었지만 당시 그 어떤 국제규제는 일어나지 않았다.

8.         결론 

 후쿠시마 원자력 발전소 사고 이후, 전세계가 탈(脫) 원자력 발전소 바람이 밤낮으로 뉴스를 장식하는 와중에서도 오히려 원자력 발전소 건설을 확정한 나라도 적지않다. 2011년 6월 기준으로 러시아, 중국, 헝가리, 미국, 캐나다 등 총 27개국에서 155기의 원자력 발전소 건설을 확정 지었고 계획 중인 원자력 발전소는 38개국에서 총 388기가 지어질 예정이다. 원자력 발전소 건설업계에서는 2030년까지 40여개국에 걸쳐 500기 가량의 원자력 발전소 발주가 이뤄질 것으로 예상한다. 세계 원자력 발전시장에서 최고 대우를 받았던 일본의 원자력 발전 기술업체의 몰락도 한국의 관련 업체에는 기회로 작용할 수 있다는 분석이다.

후쿠시마 원자력 발전소 사고사태에서 1000㎿ 이상급 원자력 발전소의 안전성 문제가 부각됐고, 자금이 부족한 개발도상국은 소형 원자력 발전소 건설을 희망하고 있기 때문에 결국 앞으로 원자력 발전은 안정성이 뛰어나고 설치가 용이한 SMR 원자로가 주를 이루게 될것이다. 이미 아르헨티나는 25MW급의 CAREM 이라고 불리는 SMR 원자로를 최초로 운용되도록 하기위해 노력하고 있으며, 앞서 보았듯이 미국의 경우 많은 회사들이 각종 SMR 원자로를 개발 중인 것으로 알려졌다. 러시아와 프랑스 역시 SMR 원자로 개발이 여러 단계로 진행 중에 있다. 한국도 한국원자력연구원 (KAERI)을 중심으로 한국내 13개 기업이 컴소시엄으로 참여하여 2016년을 목표로 상업용 SMR 원자로 개발에 노력을 기울이고 있지만 참여기업들의 반응은 낙관적이진 않은듯 하다.

한국 기업들이 한국 고유의 SMART형 SMR 원자로의 실용화와 상업화에 바로 뛰어들지 않으면, 한국은SMR원자로 개발과 수백조원에 이르는 세계 SMR 원자로 시장 선점의 기회를 놓칠 수도 있을 것이다. 한국 기업들이 SMR 원자로 기술 개발 부분에 공격적이고 과감한 투자를 한다면 지난 세월 축척한 한국의 원자력 발전기술과 결합하여 다가오는 SMR 원자로 시대에도 한국이 원자력 발전 산업 선진국으로서 입지를 계속 이어 나갈 것으로 전망된다. 그리고 부수적으로 노후하여 수명이 다한 기존의 원자로를 폐기 하는 폐로사업도 큰 시장을 형성할 것으로 예상되어 그 분야의 진출도 염두하여 두길 바란다.

9.         참고문헌

[1] Jones, D., “Nuclear Rebirth,” Engineering News Record, pp 30-37, Dec, 2010

 

[2] Marcus King, LaVar Huntzinger, Thoi Nguyen, “Center for Naval Analyses, Feasibility of Nuclear Power on U.S. Military Installations,” CRM D0023932.A5/2REV, March 2011.

 

[3] US NRC, “Summary of Workshop on Small- and Medium-Sized Nuclear Reactors (SMRs),” October 22, 2009. (ADAMS Accession No. ML092940138)

 

[4] Vujic, J. et al., ”Small Modular Reactors: Simpler, Safer, Cheaper?”, Belgrade ECON conference proceedings, 2011.

 

[5] William J. et al., “The Business Case for SMRs on DOD Installations,” Proceedings of the ASME 2011 SMR2011 Symosium, September 28-30, 2011, Washington, DC, USA

 

[6] Wolbert, E., “Expert Challenges for the Global Nuclear Power Market,” Nuclear Plant Journal, pp 40-43, Jan-Feb 2011.

 

[7] http://pbadupws.nrc.gov/docs/ML0630/ML063000293.pdf

 

[8] Nucleonics Week Volume 52 / Number 45 / November 10, 2011

 

Samuel Sangwon Lee | Create Your Badge