윤석열 제20대 대통령 당선인은 주요 에너지 정책과 관련해 원자력과 신재생에너지를 조화해 탄소중립을 달성하겠다고 밝혔는데요. 특히, 소형모듈원전(SMR) 등 차세대 원자력 기술 개발과 수출을 적극 추진할 계획입니다. 윤 당선인은 SMR 실증 및 상용화 추진을 위해 관련 제도를 개선하고 수출지원을 위한 국제협력 방안을 모색하겠다고 밝힌 바 있는데요. 이에 따라 SMR에 대한 관심이 높아진 상황입니다.

보통 원자력 발전소하면 해안가에 위치한 대형 회색빛 돔형 건축물을 떠오르실 텐데요. 최근 화두가 된 SMR은 Small Modular Reactor의 약자로, 말 그대로 규모가 작은 원자로를 뜻합니다.

SMR은 발전용량이 단위당 최대 300MW인 첨단 원자로로 기존 원전 발전 용량의 약 3분의 1인데요. 소형모듈원전(SMR), 초소형모듈원전(MMR)은 이미 핵잠수함이나 항공모함 등에서 동력원으로 활용되고 있습니다. 그리니엄이 국내에서 곧 시끌벅적할 SMR의 핵심 5가지를 콕 짚어 알려드리겠습니다.

+ 잠깐! 원자력 발전에 대해 얼마나 알고 있어? ☢️
우라늄, 플로토늄과 같은 무거운 원소의 원자핵에 중성자가 충돌하면 원자핵은 핵분열을 일으켜 두 개의 가벼운 원자핵으로 분할되고 동시에 여러개의 새로운 중성자와 다량의 에너지를 방출합니다. 이때 생성된 새로운 중성자가 다른 우라늄을 핵분열하여 기하급수적으로 늘어나는 연쇄반응을 일으키죠. 이 과정에서 다량의 에너지를 방출하는데요. 원자로는 이 반응을 지속시켜 에너지를 발생하는 장치이고, 원자로와 발전기를 결합해 이 에너지를 전력으로 전환하는 것이 우리가 알고 있는 원자력 발전입니다.

1️⃣ ‘소형’ 원자로, 얼마나 작길래? 🔩

우리나라에서 운영 중인 가장 작은 원전은 부산에 위치한 고리 2호기로 발전용량은 650MW인데요. 국제원자력기구(IAEA)는 발전용량이 700MW보다 크면 대형으로 분류하고, 그 이하는 중형으로 분류합니다. 발전용량이 300MW 이하일 경우 소형으로 구분되는데요.

SMR과 기존 원전의 큰 차이는 규모상 작은 크기와 훨씬 적은 발전용량입니다. 참고로 현재 국내에서 개발 중인 혁신형 SMR의 발전용량은 170MW로 알려졌습니다.

최근에는 마이크로(Micro)급인 초소형(1MW~20MW)급 원전을 개발하려는 기업도 등장하고 있는데요. 초소형모듈원전(MMR)의 경우 트럭이나 선박 등으로 쉽게 운송이 가능해요. 이들은 냉각을 위해 헬륨가스를 쓰고, ‘히트펌프(heat pump)’로 불리우는 열펌프를 사용한 패시브설계 등 첨단 안전시스템을 갖출 수 있습니다.

2️⃣ 공장에서 부품 생산해 현장 조립(Modular) 가능 🛠️

SMR은 각 모듈화된 부품들을 공장에서 생산한 후 설치 장소까지 운송하는 것이 가능합니다. 각각의 모듈 부품은 트럭과 바지선 등으로 운송할 수 있는데요. 이런 모듈 부품들은 대규모 원전과 비교해 더 빠르고, 경제적으로 설치가 가능하죠.

기존 원전은 발전용량과 규모 모두 대규모인 만큼 현장에서 건설돼 완공까지 보통 6년이 소요되는데요. 모듈식 SMR의 경우 2~3년 이내 구축이 가능하다고.

또한 표준화를 통한 대량생산 시스템이 구축될 경우 부품 가격을 낮출 수 있단 이점이 있는데요. 작은 규모인 만큼 기존 원전과 비교해 부지면적을 크게 줄 수 있으며, 원격 모니터링 등을 통해 유지관리 측면에서도 매우 유리합니다.

3️⃣ 재생에너지와 연계 가능해 💨

SMR은 효율성, 경제성 그리고 유연성 측면에서 기존 원전보다 뛰어납니다. 풍력 및 태양열 등 재생에너지는 날씨와 시간에 따라 발전량의 큰 차이를 보이는데요. SMR과 재생에너지 전력망을 서로 연결한 하이브리드 시스템은 기존 재생에너지 단점을 보완할 수 있습니다. 특히, 초소형 원전은 발전용량이 극소규모인 만큼 단독으로 전력계통에 연결되어 재생에너지의 큰 단점인 변동성을 극복할 수 있습니다.

그러나 현실은 재생에너지와 연계되는 신규부지가 아닌 기존 원전 부지에 건설될 것으로 예상되는 상황. SMR은 아직 개발단계에서 비용이 많이 들기에 기존 원전 기반 시설을 최대한 활용해 비용과 건설 시간을 최소화할 것으로 전망됩니다.

4️⃣ 핵연료 주기 ☢️

핵분열을 일으키기 위해 원자로에 넣는 물질을 핵연료라 부르는데요. 흔히 우라늄으로 알려진 핵연료는 핵분열 연쇄반응을 지속하기 위해 농축 처리를 진행합니다. 이런 채굴, 정련, 농축, 투입, 재처리, 처분 과정을 핵연료주기라고 합니다. SMR은 핵연료주기를 늘릴 수 있습니다.

기존 원전의 경우 1~2년 사이로 핵연료가 교체된다면, SMR은 3~7년으로 늘어나게 됩니다. 일부 SMR은 연료 교체 없이 최대 30년간 작동할 수 있게 설계됐는데요. 초소형 원전의 경우 우라늄의 핵연료주기가 없어 최대 10년 동안 작동할 수 있어요.

5️⃣ 단, SMR은 아직 검증되지 않은 기술! 🤔

캐나다, 아르헨티나, 미국, 프랑스, 러시아, 중국, 한국 등이 SMR을 연구 중이나, 상당수 국가는 여전히 연구 혹은 도면 단계에서 벗어나지 못한 상황입니다.

물론 아예 없는 것은 아닙니다. 2020년 상업 운전을 시작한 세계 최초의 부유식 원전을 부착한 러시아의 아카데믹 로모노소프(Akademik Lomonosov)는 35MW 규모의 2기에서 전력을 생산하고 있는데요. 아카데믹 로모노소프는 시베리아 추코트카내 주거지역과 자원 채굴 및 시추 현장에 공급할 전력을 생산하고 있습니다.

중국의 원자력 발전 기업인 중국화능집단공사(CNNC)도 2021년 7월부터 SMR 준공했습니다. 우리나라와 인접한 동부 산둥성에 200MW급이 설치되는데요. 물 대신 불연성이며, 안정적인 헬륨가스로 냉각시스템을 구축하였죠.

이것만 기억하세요! 🙉

SMR은 기존 원전보다 발전용량과 규모 모두 작고, 부품별 제작이 가능해 구축 및 운영 비용이 저렴하고 건설 속도는 더 빠릅니다. 이런 장점 덕에 기존 원전보다 구성상, 배치상 더 유연하죠. 작은 크기 및 안전 기능 덕에 전력발전이 필요한 곳에 건설될 수 있는데요. 향후 표준화 및 규모의 경제를 거치면 개발 비용이 더 절감될 것으로 예상됩니다.

개인적으로 소형모듈원전(SMR), 초소형모듈원전(MMR)이 향후 대세가 될 수는 없을 것 같습니다. 태양열, 풍력 등 다른 재생에너지에 비해 개발 속도가 매우 느리고, 너무 비싼 개발비용으로 인해 연구 단계에서 벗어나는데 상당한 시간이 필요하기 때문이죠. 여기에서 방사성폐기물 처리 문제도 아주 큰 걸림돌이 될 것으로 보이는데요.

하지만 해외에서는 뉴스케일파워(NuScale Power), 래디언트(Radiant), 라스트 에너지(Last Energy) 등 소형모듈원전(SMR), 초소형모듈원전(MMR) 개발을 위한 기업들이 속속 등장하고 있기에, 향후 어떻게 전개될지는 관심을 가질 필요는 있어요.