최근 과학기술정보통신부가 2027년까지 우주항공, 양자컴퓨터, 중소형모듈원자로(SMR) 등 국가전략기술 개발에 25조원을 투자하겠다고 밝혔습니다. 윤석열 대통령은 경북 울진 신한울 1호기 준공 기념행사 축사에서 "우리나라 독자적인 SMR 개발에 총 4000억원을 투자해 미래 원전 시장의 주도권을 확보해 나가겠다"고 강조했죠.
우리나라뿐만 아니라 전 세계 주요국들이 탄소 중립 대안으로 SMR에 주목하고 있는데요. 기존의 태양광, 풍력 등 신재생 에너지만으로는 '2050 탄소중립'이 사실상 불가능에 가깝다는 인식이 확산하고 있기 때문입니다.
SMR 뭐길래?
SMR을 한줄로 요약하면 '출력이 300MW(메가와트)보다 작은 원자로'입니다. 세계 원자력에너지협회(IAEA)는 300MW 이하를 소형 원자로, 700MW 이하를 중형 원자로로 분류하고 있습니다. 우리가 흔히 보는 대형 원전(1000~1400MW)에 비하면 5분의1수준이라고 보면 됩니다.
크기에 상관없이 원전은 핵분열에서 발생하는 열을 이용해 에너지를 얻습니다. 연쇄적으로 발생하는 핵분열 과정에서 엄청난 열이 발생하게 되는데요. 그 열을 이용해 물을 데워 증기가 발생하게 되면 그 힘으로 터빈이 돌아가게 됩니다. 터빈이 돌아가면서 전기를 생산하게 되는 겁니다.
대형 원전은 크게 원자로, 증기발생기, 냉각재 펌프, 가압기 등으로 구성됩니다. SMR은 이 설비들을 하나의 용기에 '모듈화'했다고 이해하면 됩니다. 이 설비들을 한곳에 모아뒀기 때문에 당연히 크기도 줄어들겠죠. 대형 원전과 비교했을 때 그 크기가 150분의1 수준이라고 하네요.
크기가 줄어드니 건설 기간도 대폭 줄어듭니다. 대형 원전은 원자로, 증기발생기, 냉각재 펌프 등을 현장에 설치한 후 주배관에 연결해야 하는데 이 과정이 매우 복잡합니다. 여기에 거대 콘크리트 돔을 건설하는 데에도 많은 시간이 소요되고요. 대형 원전은 건설에서 가동까지 평균 4~6년이 소요된다고 합니다.
하지만 SMR이 주목받고 있는 가장 큰 이유는 '안전성'때문입니다. 대형 원전은 한번 사고가 발생하면 대재앙으로 번집니다. 체르노빌 원전사고가 발생한지 40년이 다 되어가지만 여전히 폐허로 남아있죠. 후쿠시마 원전도 마찬가지고요.
SMR은 대형 원전보다 안전하다는 설명입니다. SMR은 크기가 작기 때문에 핵분열로 발생하는 열 밀도가 대형 원전보다 현저히 낮습니다. 냉각 기능 작동이 중단돼도 열을 식히기 쉽습니다. 여기에 SMR은 자연적으로 냉각되는 피동형 냉각시스템을 갖춰 전력 공급이 끊겨도 안전하다는 겁니다. 하지만 SMR도 '100% 안전하다'고 볼 수는 없습니다.
아직 SMR이 상용화된 곳은 없습니다. 현재 미국, 러시아, 중국을 중심으로 70종의 SMR이 개발 중인데요. 물을 냉각재로 사용하는 SMR, 물 이외의 냉각제를 사용하는 SMR 등 상용화를 위한 다양한 SMR 기술이 개발 중입니다.
업계 관계자는 "SMR에 대한 전망은 밝지만 상용화에 나선 곳은 사실상 없다"며 "2030년쯤 돼야 상용화가 된다는 이야기가 많지만 원자력 사업은 규제 등이 워낙 까다롭기 때문에 좀 더 지켜봐야 할 것 같다"고 말했습니다.
삼성물산, 두산에너빌리티, SMR 1위 기업과 맞손
영국왕립원자력연구원에 따르면 세계 SMR 시장은 2035년까지 최대 630조원 규모로 커질 것으로 예상됩니다. 기업들이 SMR 시장을 선점하기 바쁘게 움직이는 이유입니다.
우리나라가 SMR 개발에 착수한 건 1997년으로 알려져있습니다. 오랜 연구 결과 끝에 2012년 세계 최초로 SMR형 원자로 표준설계 인가를 규제기관으로부터 획득하기도 했습니다. 표준설계인가는 동일한 설계의 발전용 원전을 건설할 때 표준설계에 대해 종합적인 안전성을 인허가 해주는 제도입니다.
현재 SMR 분야에서 가장 앞서가고 있다고 꼽히는 기업은 미국의 '뉴스케일파워(NuScale Power)'입니다. 뉴스케일파워의 SMR은 1기당 77MW 모듈을 최대 12대까지 설치가 가능한 것으로 알려져 있습니다. 뉴스케일파워는 지난 2020년 SMR 모델 중 최초로 미국 원자력규제위원회의 설계인증 심사를 최종 완료했습니다.
뉴스케일파워는 우리나라 기업들과도 긴밀한 협력 관계를 맺고 있습니다. 삼성물산, 두산에너빌리티, GS에너지 등 국내 주요 기업들이 지분 투자에 나섰기 때문이죠. 앞으로 뉴스케일파워의 주기기 제작은 두산에너빌티가 맡을 예정입니다. 삼성물산은 EPC(설계·조달·시공)을 담당하게 되고요.
최근 뉴스케일파워는 SMR 표준설계를 위한 1만2000개 이상의 설계 결과물을 공개했습니다. 설계 결과물엔 건설 도면 및 사양, 세부시스템 설계, 전력망 부하목록 등이 포함됐습니다.
업계 관계자는 "뉴스케일파워의 원전 표준 설계 완료는 다양한 조건의 부지에서 공통적으로 적용돼야 할 원전 표준 설계가 준비됐다는 뜻"이라고 설명했습니다.
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