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작게 더 작게 변하다! “소형 원자로”

  • 2014.06.23.
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여러분, 소형 원자로에 대해 들어보셨나요?

최근 소형 원자로가 원자력 분야의 차세대 주자로 떠오르고 있습니다.

소형 원자로는 경제성과 안전성을 보장하기 위한 목적으로 소형으로 만든 원전 시스템을 말합니다.

미국을 비롯한 각 나라에서는 현재 이 소형 원자로를 발전소에 설치하기 위해 활발한 움직임을 보이고 있습니다.

우리나라도 이와 같은 흐름에 발맞춰 지난 2012년 국내 기술진이 자체기술로 소형 원자로 ‘스마트(SMART)’를 개발, 세계 최초로 표준설계인가(SDA)를 받은 바 있습니다.

이번 시간에는 미래를 바꿀 에너지 신기술로 떠오르고 있는 소형 원자로에 대해 알아보겠습니다.

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소형 원자로는 300MWe 미만의 용량에 모듈 형태로 만든 다목적 소형 원전 시스템을 말합니다.

기존 원자로보다 크기는 훨씬 작지만 그만큼 뛰어난 성능을 지닌 에너지 기술의 집약체로, 외관상으로도 대형 원전과 확연히 구별됩니다.

기존의 대형 원전은 커다란 부피를 차지하는 가압기, 펌프, 증기발생기, 노심이 분리돼 있고, 이것들이 지름 1m 크기의 파이프로 서로 연결되는 구조입니다.

하지만 최근 개발되고 있는 소형 원자로는 대부분 가압기, 증기발생기 등 원자로 계통 주요 기기들이 하나의 압력용기 안에 배치된 일체형으로 설계되고 있습니다.

일체형은 분리형에 비해 안전하다는 것이 가장 큰 장점으로 꼽힙니다.

 

소형 원자로는 세계적으로 그 수요가 많습니다.

대형 원전은 1기당 건설비용이 3조원이 넘기 때문에 경제력이 약한 나라에서 건설하기엔 어려움이 있습니다.

또한 인구가 넓은 국토에 분산돼 있거나, 많은 섬으로 이루어진 나라에서는 지리적인 이유로 대형 원전보다는 소형 원자로를 선택할 수밖에 없습니다.

사람이 살지 않는 광범위한 지역에 대규모 전력망을 갖추는 것은 초기투자비가 많이 들고 비효율적이기 때문에 거점형 소규모 발전소를 건설하는 것이 훨씬 타당성이 있기 때문입니다.

현재 필리핀, 몽골, 말레이시아, 칠레, 카자흐스탄 등 인구 분산형 국가 또는 물 부족 국가 등에서 소형 원자로 도입을 희망하고 있는 것으로 전해집니다.

 

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세계 주요국들은 이미 소형 원자로를 차세대 원자로로 지목해 개발 경쟁에 뛰어든 상태입니다.

웨스팅하우스는 미국 에너지부와의 협의를 통해 소형 모듈형 원자로(SMR) 설계를 공개하고 적극적인 시장 진출 의사를 밝혔습니다.

일본도 후쿠시마 원전 사고 이후 소형 원자로 활용을 적극적으로 고려하고 있는 것으로 알려지고 있습니다.

 

그럼 이처럼 소형 원자로가 전 세계적으로 주목받고 있는 이유는 무엇일까요?

소형 원자로의 전기 생산량은 시간당 100㎿로 대형 원전의 10분의 1에 불과합니다. 대형 원전에 비하면 경제성은 떨어지죠.

하지만 발전 단가가 전 세계 발전소의 65% 이상을 차지하는 화력발전소보다 월등히 저렴해 대체 수요로서 충분한 경제성을 확보하고 있습니다.

중소형 규모의 화력발전소 발전 단가는 KWh당 LNG가 최대 14센트, 중유 최대 21센트가 들어가지만 소형 원자로의 경우 약 6~10센트가 소요되므로 화력발전소보다 훨씬 경제적입니다.

 

소형 원자로가 갖는 또 다른 장점은 기존 발전소에 비해 건설기간이 짧고 건설비용이 적게 든다는 점입니다.

이 원자로는 주요 기기를 모듈(module) 형태로 설계해 조립과 용접 과정을 최소화하기 때문에 건설비용도 기존 원자로에 비해 훨씬 저렴합니다.

건설공사 기간은 약 36개월로 대형 원전(50개월 이상)의 3분의 2정도에 불과합니다.

 

소형 원자로는 수명이 다한 기존의 원전이나 화력발전소에도 손쉽게 설치할 수 있으며, 발전용수가 적게 들어 해안이 아닌 내륙에도 건설할 수 있는 편의성이 뛰어납니다.

또한 기존 원자로보다 열을 적게 발산하고 외부 전력 공급이 없어도 자체적인 냉각이 가능하기 때문에 안전성이 매우 뛰어납니다.

다만 원자로는 크기와 관계없이 가동비용은 비슷하기 때문에 단위비용이 대형 원전보다 크다는 것이 단점이라면 단점입니다.

 

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우리나라도 세계 흐름에 발맞춰 소형 원전 개발에 적극적으로 나서고 있습니다. 1997년부터 개발에 들어간 ‘스마트(SMART) 원자로’가 바로 그것입니다.

SMART(System-integrated Modular Advanced ReacTor)는 한국원자력연구원에서 수출을 목적으로 개발한 10만㎾ 규모의 소형 원자로입니다.

이 원자로는 지난 2012년 7월 4일 세계 최초로 표준설계인가(SDA)를 받았습니다.

국내 기술로 개발한 원자로가 SDA를 받은 것은 아랍에미리트(UAE) 수출 모델(APR1400)에 이어 두 번째입니다.

현재 스마트 원자로는 전 세계에서 이루어지는 소형 모듈형 원자로 프로젝트 가운데 가장 앞서 있는 것으로 평가받고 있습니다.

 

스마트 원자로는 전력 생산뿐 아니라 바닷물을 민물로 바꾸는 해수담수화 설비나 지역난방 등에도 활용할 수 있습니다.

원자로에서 발생한 증기로 바닷물을 증발시켜 그 수증기를 담수로 전환해 민간에 공급하는 원리인 것입니다.

인구 10만 명 규모의 도시에 해수담수화용 스마트 원자로 1기를 건설했을 때, 전기 9만㎾와 4만t의 물을 하루에 공급할 수 있다고 합니다.

따라서 스마트 원자로는 대형 원전을 필요로 하지 않으면서도 물 부족으로 어려움을 겪고 있는 국가들의 수요를 충족시켜주는 전략 수출 품목이 될 전망입니다.

우리나라는 원자력 종주국인 미국이 개발 중인 소형 모듈형 원자로보다 한발 앞서 인허가를 획득해 블루오션으로 평가되고 있는 중소형 원전 시장을 선점할 기반을 마련해놓은 상태입니다.

현재 미국, 러시아, 아르헨티나, 일본, 중국 등도 다양한 중소형 원전을 개발 중입니다.

이들 국가 중 중국과 미국이 중소형 원전 시장에 특히 많은 관심을 보이고 있습니다.

중국은 ‘페블베드 원자로’라는 중소형 원자로 상용화를 주도하고 있고, 원자력 종주국인 미국은 2020년 중소형 원전 가동을 목표로 건설 부지까지 확정한 상태입니다.

 

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미국 에너지부는 2050년까지 스마트 원자로가 속한 중소형 원자로의 시장 규모가 최대 1,000기가 될 것으로 전망했습니다.

국제원자력기구 역시 향후 해수 담수화용 1,000억 달러, 소규모 전력생산용 2,500억 달러 등 총 3,500억 달러 규모의 중소형 원자로 시장이 창출될 것으로 예측했습니다.

 

석탄과 석유 등 화석연료를 사용하는 화력발전소는 온실가스 배출 문제로 점차 신재생에너지와 원전으로 대체되어 가고 있는 상황입니다.

현재의 기술적, 경제적 측면에서 신재생에너지만으로 전 세계적인 에너지 수요 증가와 기후변화에 대응하는 데 한계가 있음은 분명합니다.

소형 원자로의 개발로 에너지의 안정적인 보급이 가능해질 날이 머지않아 보입니다.

 

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