2015 원자력백서

전 세계 발전소는 96.5%가 300MWe 이하인 소형 발전소이며, 소형 발전소의 대부분은 화석연료를 사용하는 화력발전소이다. 최근 화석연료 가격의 지속적인 급등과 기후변화협약에 대응하기 위하여 많은 국가들이 원자력발전에 관심을 보이고 있다. 이와 더불어 원자력에너지 활용의 다변화에 대한 관심이 증가하여 열병합 발전, 해수담수화 열원 공급, 선박동력원 등에 사용할 수 있는 소형 원자로시장 형성에 대한 긍정적 전망이 이어지고 있으며, 국제적인 개발경쟁도 점차 치열해지고 있다. 우리나라는 1997년부터 소규모 전력 생산과 함께 해수담수화를 위한 에너지를 공급할 수 있는, 안전성이 향상된 소형 일체형 원자로인 SMART (System-integrated Modular Advanced ReacTor)의 설계 및 개발을 추진해 왔다. SMART는 일체형 원자로(Integral Reactor)로써 증기발생기, 냉각재 펌프, 가압기를 비롯한 원자로냉각재계통(reactor coolant system)의 주요기기를 단일원자로 압력용기 내에 설치한 원자로이다. SMART는 9만 킬로와트의 전력을 생산과 하루 40,000톤의 담수를 생산하도록 설계되었으며, SMART 1기에서 생산하는 전력과 담수는 인구 10만 도시에서 필요한 물과 전력의 공급이 가능한 용량이다. 2012년 7월 표준설계인가 획득이후 완전피동안전계통을 접목하는 안전성향상연구를 수행하여 SMART의 기술 경쟁력을 제고함과 동시에 활발한 홍보 및 국제 협력을 통한 SMART 기술을 널리 홍보함과 동시에 수출 및 상용화를 추진하였다. 후쿠시마 원전사고 이후의 안전성 강화에 대한 글로벌 요구 및 최근 미국 소형 모듈형원자로 개발 추세를 고려할 때, 모든 설계기준사고에 대해 원자로의 안전성을 유지할 수 있는 피동안전계통의 개발을 통한 SMART의 경쟁력 확보가 시급히 요구되고 있다. 따라서 모든 설계기준사고에 대해 외부 전원 차단 및 운전원대피 시에도 자체적으로 원자로의 안전성을 유지할 수 있는 피동안전계통 개념을 개발하여 SMART에 도입함으로써 SMART의 안전성을 향상함과 동시에 후쿠시마 Action Plan으로 도출된 항목을 SMART 설계에 접목하고 동시공학적 시뮬레이터의 개발 등을 위한 'SMART 건설관련 안전성향상 연구를 2012년 3월부터 착수하게 되었다. 안전성 향상연구는 원자로계통설계 및 열수력 전문 인력 및 경험을 활용하여 노심연구, 유체계통연구, 기계구조연구, MMIS 연구, 안전해석연구 및 피동안전계통 검증시험 등 6개 분야 세부과제로 수행하고 있다. SMART 피동안전계통 개념평가시험 및 피동안전주입계통 1계열 시험 결과를 바탕으로 주입배관 및 압력평형배관의 유로저항에 대한 개정 작업을 완료하고, 피동안전주입계통 설명서, 연계요건서, 계측제어 설계요건서, 안전해석입력자료, 배관 및 계장도 (P&ID) 등 관련 문서 및 도면에 대한 제/개정 작업을 수행하였다. 또한 이전 설계 단계에서 활용된 SMART 피동잔열제거계통 모의프로그램(A) 외에 별도의 피동잔열제거계통 성능예측 프로그램(B)을 개발하여 검증계산을 수행하였다. 피동원자로건물냉각계통은 주증기관 파단 또는 냉각재상실사고 후 원자로건물 내부의 압력 및 온도를 낮추고, 냉각재상실사고 후 원자로건물 대기로부터 핵분열생성물을 제거하도록 설계되었다. 이를 위해 피동잔열제거계통의 비상냉각탱크를 공유하는 수랭식 피동원자로건물냉각계통의 개념을 도출하여 열교환기 용량을 산정하였다. SMART 건설 관련 안전성 향상을 위한 기계구조 연구과제에서는 지진자동정지 설비 요건 체계화 연구를 수행하였다. 지진감시계통을 구성하고 내진범주, 품질등급을 설정하였으며, 60년 설계수명을 보장하도록 설계하였다. 가동중 주기적인 기능시험과 수리 및 부품교체를 하도록 하였으며, 비교 논리와 동시 논리를 조합하여 원자로 정지조건을 합리적으로 설정하였다. 완전피동안전계통 기기 설계 유효성 평가와 관련하여 완전피동안전계통의 주요 구조물인 노심보충용기와 안전주입용기에 대하여 설계하중에 따른 지지스커트 형상설계 및 구조건전성 평가를 수행하였다. SMART 건설 관련 안전성 향상을 위한 MMIS 연구과제에서는 계통 시뮬레이션 모델의 보완 및 통합 성능 시험, 시스템 통합 및 시뮬레이터의 활용 적합성 평가, 중대사고 관련 MMIS 설비의 생존성 유지 방안 수립 연구를 수행하였다. 모든 주제어실 제어 콘솔은 지식경제부 기술표준원 "제6차 한국인 인체치수 직접측정 조사사업 보고서"의 국민표준체위 데이터를 기준으로 설계 및 제작되었다. 중대사고 관련 MMIS 설비의 생존성 유지 방안 수립연구로서 안전등급 소프트제어기의 설계시방을 개발하였다. 안전등급 소프트제어기는 운전원에게 제공되는 표시기와 제어기간의 ① 물리적 분리, ② 전기적 격리, ③ 통신 독립을 충족하도록 설계되었다. 소프트제어기에는 운전원의 부주의한 제어명령을 막기 위한 확인방법, 제어명령의 전환시에 기존 명령을 제거하는 방법을 적용하여, 운전원 실수로 인한 원전 현장 기기의 잘못된 제어를 차단할 수 있도록 설계하였다. SMART 안전성 향상을 위한 안전해석 연구과제에서는 완전피동안전계통 고유해석 모델 검증 및 개선, 완전피동안전계통 안전성능 평가 해석 및 완전피동안전계통 설계지원 해석을 수행하였다. SMART 안전성 향상을 위한 피동안전계통 검증시험 연구과제에서는 구축된 'SMART 피동안전계통 1계열 통합 시험장치'를 이용하여 주요 현상에 대한 시험을 수행하였으며, 피동안전계통에 대한 열수력 현상 및 기존 안전해석코드의 피동안전계통에의 적용성 평가를 수행하였다. SMART 피동안전계통 1계열 모의시험은 총 6회의 저온 시험, 총 8회의 유동분배기 선정을 위한 SBLOCA 시험 및 총 4회의 CMT, SIT 연계시험을 포함한다. SBLOCA 시험 결과, 압력, 온도, 유량 그리고 수위 거동 등의 결과가 물리적 관점에서 타당한 것으로 판단되었다. 또한 SMART-ITL 전용시험동에는 열수력 종합효과 시험장치인 SMART-ITL 뿐만 아니라 SMART 표준설계인가 과정에서 개발된 SMART 원자로, 핵연료 집합체, 제어봉, 제어실 및 열교환기 시험설비 모형 등을 전시하여 SMART 홍보에 많은 기여를 하고 있으며, 2014 년방문자는 총 1,130명으로 중국 NPIC 연구원 일행, 사우디아라비아K.A.CARE 원장 일행, 서울대학교 핵공학과 학생 일행 및 OECD ATLAS 참석자 등이 방문하였다