SMR, SMR의 규모의 경제, 주목받는 이유

SMR, SMR의 규모의 경제, 주목받는 이유

SMR은 발전용량이 300MW 정도로 작고(Small), 생산 부품을 현장에서 조립(Modular)해 건설하는 원자력발전(Reactor)을 말합니다. 대형 원전의 주요 기기(가압기, 펌프, 증기발생기 등)와 냉각시스템을 하나로 통합하여 제작합니다. 산업과 전기에 많은 비중을 차지하고 있지만 사고가 나면 매우 위험한 원자력 발전을 작고 빠르고 안전하게 건설하여 원활한 전기 공급을 목표로 정책적으로 육성하고 있습니다.   

 

1. SMR이란?

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소형원자력발전인 SMR은 발전용량이 1,000~1,500MW인 대형원전에 비해 1/3~1/5 수준인 300MW 안팎으로 작고(Small), 공장에서 부품을 생산하여 현장에서 조립(Modular)해 건설하는 원자력발전(Reactor)을 말합니다. 기존 대형 원전의 주요 기기(가압기, 펌프, 증기발생기 등)와 냉각시스템을 하나의 용기에 통합하여 제작합니다. 해외에서는 1980년대부터 연구가 시작되었으며, 2035년에 390조원 ~ 630조원의 시장 규모를 형성할 것이라고 예측되고 있습니다. 국내에서는 어디까지 진행되고 있는지 살펴보겠습니다.

대형원전과 SMR의 비교

 

2. 원자력발전

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원자력발전은 원자핵분열 연쇄반응이라는 과학적 발견을 에너지 공급 수단으로 이용한 것입니다. 안전성을 문제로 여러가지 반대에 부딪히고 있지만 우리나라 중요 에너지 공급원임에는 틀림없습니다. 2차 대전의 핵폭탄과는 별개로 원자력의 평화적 이용은 1940년대 핵분열 연쇄반응 제어를 통해 에너지 이용 가능성을 입증한 실험용 원자로의 성공으로부터 시작했습니다. 1950~60년대에는 무한에너지원의 장점을 활용하는 산업 분야인 선박이나 항공기 엔진 등에서 활용되었고, 1970~80년대 우리나라의 고도 경제성장의 배경에는 저렴한 가격에 안정적인 전력을 공급한 상업용 원자력발전의 역할은 매우 중요했습니다.

1970년대 수십 MWe 수준에 불과했던 원자로 용량이 최근에는 전기출력 1400MWe에 도달하기도 했습니다. 이처럼 우리에게 상업용 원자력발전소는 매우 크고 많은 양의 전력을 한꺼번에 생산하는 에너지 공급원으로 인식되고 있습니다. 원전의 대형화는 효과적인 방사능 관리와 안전설비 운용을 가능케 하고, 수조 원이 소요되는 원전 건설비와 자본비 등 투자비용의 효율화를 통해 발전단가에서 경쟁력을 확보하기 위한 방안이었습니다.

 

3. 원자력 발전의 규모의 경제

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1980년대 중반 미국 오크리지 국립연구소(ORNL)의 앨빈 와인버그(Alvin M. Weinberg) 박사는 갈수록 대형화되는 원자력발전소 설계에 대한 타당성 연구에서, 원자로의 소형화에 대한 장점을 재조명하기 시작했습니다. 그는 설계 및 건설 방식의 혁신을 통해 작은 규모의 원자로도 경제성과 안전성을 동시에 확보할 수 있다는 합리적 주장을 펼치며 소형원자로의 도입 필요성을 강조했습니다. 당시만해도 원전의 kWe당 건설비용은 그 용량이 증가할수록 지수 함수적으로 감소하는 것으로 알려졌으나, 기술의 혁신을 통해 소형화를 통해서도 얼마든지 규모의 경제가 달성이 가능하다는 것이 최근의 이론입니다. 증기발생기, 냉각재 펌프, 가압기 등 주요기기를 하나의 용기에 일체화하는 기술이 이미 개발됐고, 각각의 핵심 기기를 공장에서 모듈 형태로 제작 후 직접 이송해 현장에서 단기간에 설치함으로써 건설공기 단축에 의한 투자비용 조기 회수가 가능해 질 것으로 예상됩니다. (소형원자로의 전체 자본비용을 획기적으로 절감하게 되는 것으로, 모듈화 및 기술 표준화 기반의 기술혁신이 비용 상승의 주요 요인을 원천적으로 제거함으로써 경제성과 안전성의 두 마리 토끼를 동시에 잡는 전략인 것입니다.)

4. SMR 주목받는 이유

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소형모듈원자로는 단순히 기존의 원자력발전소 용량을 그대로 축소하는 개념이 아닙니다. 기존의 대형 원자로 설계의 복잡한 구성이나 안전성 확보 기술을 소형모듈원자로만의 특화된 기술로 차별화하고 진화시킴으로써 더욱 안전하면서 신뢰성 높고 다양한 열원으로 이용할 수 있는 새로운 원자로 개념으로 전개하는 것이 소형모듈원자로의 개발 목표입니다.

앞으로 세계 에너지 시장은 단순한 전력생산 외에도 산업적 활용을 위한 공정열 및 열원공급, 그리고 수소경제를 대비한 수소생산 기술 등을 복합적으로 요구할 것입니다. 따라서 원자력 열원 이용의 유연성(Flexibility) 확보가 중요한 화두가 될 전망이다. 즉, 단순 발전(發電) 기능만을 가진 경직성 전원(電源)으로서의 원전은 다양한 에너지 수요 대응에 더는 적합하지 않으며, 세계적인 탄소중립과 수소경제의 흐름 속에서 태양광/태양열, 풍력 등 재생에너지원과 경쟁하면서 동시에 상호보완적으로 상생할 수 있도록 원자력의 역할 제고를 위한 고민이 필요한 시점이 된 것입니다. 특히 최근 탄소세 도입을 계기로 더 값싸고 친환경적인 전력 소비를 위한 방안을 고민하고 있는 산업계는 소형모듈원자로가 다양한 목적에 활용할 수 있을 것이라 기대하고 있습니다.

 

5. 결론

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2021년도부터인가 SMR이 무엇인가? SMR의 가능성 등으로 증시에 SMR 테마가 형성되었습니다. HD현대는 오늘 SMR 발전선의 디자인이 공개되었다는 뉴스가 발표되었습니다. 안전성이 확보되고 소형화되어 다양한 에너지원으로 쓰인다면 여러가지 논란에도 불구하고 원자력은 미래에도 많이 쓰임받는 에너지원이 될 것이라는 것은 틀림없어 보입니다.