원자력 에너지의 지속적인 관심 속에서 안전성과 경제성, 활용성을 갖춘 소형모듈원전(SMR)의 부상과 시장 선점을 위한 각국의 개발 전략 및 과제 doc_id CNTS-00119997630_1

21세기에 들어서면서 크게 확산되었던 원자력 르네상스에 대한 기대는 전 세계적인 경기 침체와 이에 따른 전력수요 둔화, 원전 건설 투자비 부담, 신재생에너지 보급 확대 및 셰일가스 개발 등으로 큰 영향을 받음. 특히 2011년 3월 일본 후쿠시마 원전사고로 원전산업은 더욱 축소되었음. 독일을 중심으로 한 유럽 국가들과 미국, 중국 등 많은 국가들의 신재생에너지 비중 확대 노력에도 불구하고 경제적, 기술적 한계 때문에 기후변화의 현실적인 대안을 찾지 못해 원자력에 대한 관심은 지속되고 있음. 화석에너지에 비해 가격과 공급이 안정적인 원자력에너지는 경제성장에 따라 에너지 수요가 급속히 확대되고 있는 국가들은 물론이고 이미 원자력을 활발하게 활용하는 국가들에게도 여전히 매력적인 에너지원으로 인식되어 일본의 원전사고에도 불구하고 신규 원전 건설과 도입이 꾸준히 검토되고 있음. 후쿠시마 원전사고 이후 강화된 국제 안전기준을 충족하는 원자로의 필요성이 증대됨. 안전성이 강화된 대형 제4세대 원전(Gen-IV)은 단기간 내에 개발이 어려울 것으로 예상되므로, 초기 투자비용이 적은 SMR 개발로 관심이 이동하고 있으며 소형원전 시장 조기진입을 통해 시장 지배력을 강화하려는 각국의 전략이 미국을 중심으로 가시화됨. 새롭게 원자력을 도입하려는 수요국들은 대부분 소규모 전력망을 보유하고 있어 소형 원자로 도입을 예상함. 소형원전은 대형 원전에 비해 초기 건설비는 저렴한 반면, kW당 건설 단가는 크게 증가하는 단점을 갖고 있으나 향후 SMR 보급 확대 시 건설기간 단축, 설계 간소화 및 공장 제조 등을 통한 비용절감으로 경제성을 크게 향상시킬 것으로 기대됨. 투자 능력이 제한적인 국가에서도 소형모듈원전은 초기 투자비용의 감소 및 후속호기 건설기간 동안 선행호기의 운영을 통한 수익 창출이 가능하므로 비용 부담을 줄이고 점진적인 전력 용량증가에 효과적으로 대응할 수 있음. 전기출력 300MWe 이하의 소형모듈원전은 모듈을 공장에서 제작하고 현장으로 운송하여 조립/설치할 수 있어 건설기간을 단축할 수 있으며, 수요 증가에 따른 모듈 추가로 점진적 용량증대가 가능하고, 원자력 에너지를 공정열, 지역난방, 담수화, 선박 추진력, 해양 자원개발 설비 에너지공급 등 다양한 분야에 활용 가능한 장점을 갖고 있음. 가장 큰 장점은 피동안전성 및 고유안정성 확보가 가능하여 어떠한 경우에도 후쿠시마 원전사고와 같은 사고가 발생하지 않도록 할 수 있는 안전한 원전이라는 점임. 2011년 3월 일본 원전사고 이후 원전의 안전성 우려가 확산되는 가운데에도 SMR에 대한 관심은 확대되고, 전 세계 10개 이상의 국가에서 60여 개의 SMR 개발이 추진되는 것은 SMR의 뛰어난 안전성이 결정적 요소임. 그러나 SMR은 아직 시장이 형성되지 않아 시장 선점을 위한 각국의 노력이 치열하게 전개되고 있으며 2020년을 전후로 시장이 형성될 것으로 전망됨. 1950년대 중반 이후 전력생산을 주목적으로 하는 경수로를 중심으로 다양한 형태의 원전이 개발되었으며 규모의 경제에 따라 용량도 계속 증대되어 왔음. 화석연료의 온실가스 문제 때문에 화석연료가 주요 에너지원인 분야를 대상으로 원자력에너지 이용에 대한 관심이 확대되고 있음. IAEA는 2002년 ‘비발전분야에 대한 원자력에너지시장’에 대한 연구를 통해 해수 담수화, 공정열, 지역난방, 선박추진력, 수소 생산, 석탄가스화, 연료 합성, 석유 채굴, 우주 프로그램 분야 등의 적용 가능성을 검토함. 현재 개발 중인 소형모듈원전은 일부 특수 목적을 지향하는 소수의 노형을 제외하고는 전력생산만을 목표로 하는 노형은 거의 없음. 원격지, 열악한 기후의 광산촌, 해양 자원채굴 현장 등은 경제성 관점은 물론 신뢰성 측면에서 소형모듈원전에 대한 관심이 매우 높으며 분산전원의 수요 확대 또한 소형모듈원전 개발의 필요성을 증대시키고 있음. 1970년대 오일쇼크 이후 원자력 발전을 중심 정책으로 추진하여 전력 생산량의 75% 이상을 원자력으로 충당, 프랑스는 전력 생산단가가 매우 낮아 세계 최대전력 순수출국이며, 해마다 30억 유로가 넘는 이익 창출함. 기저 전원으로서의 원자력발전의 지위를 유지하고 이를 위한 가압경수형 EPR 건설을 주요 내용으로 하는 신에너지법안을 제정함. 2006년 프랑스원자력위원회(CEA)는 정부와 4년간 38억 유로의 연구개발 계약을 체결하여 자국 내에서 이미 45년의 운전 경험이 있는 나트륨 냉각 개량형을 개발하고 혁신적 가스냉각로 등 2종의 고속중성자로의 개발을 추진함. 프랑스는 2020년까지 EPR 도입 및 고속실증로 가동 개시, 2025년까지 방사성 폐기물 최종 처분장의 조업 개시, 2040년까지 4세대 원자로 도입 등의 원전 건설 계획을 갖고 있으며, 이후 40기 이상의 고속로 건설을 검토함. 프랑스 해군 관련 업체인 DCNS는 AREVA 및 CEA와 협력하여 잠수형 소형모듈원전인 FlexBlue를 개발 중에 있음. SMR에 대한 인허가는 기존 대형 원전의 인허가와 연계되는 부분이 있지만 혁신적 개념의 도입이 가능하도록 새로운 인허가 체제를 만들어 대형원전의 단순 축소가 아니라 소형원전의 장점을 최대한 구현해야 함. SMR도 시장에서 유통되는 상품이기에 도입 예상 고객의 기술적, 환경적, 경제적 요구사항을 잘 이해하여 개발에 반영해야 함. 대부분의 SMR이 아직 개발단계에 있으므로 비용분석은 개략적으로 수행되고 있음. 실질적이고 상세한 비용 분석을 통해 타 발전원에 비해 경쟁력이 있음을 고객에게 설득할 수 있어야 함. 이를 위해서는 건설 경험과 공급망 구축 등이 필수적임. SMR은 공장에서 제작하여 현장에서 바로 사용할 수 있도록 하는 것이므로 제작공장을 가동하기 위한 충분한 초기 주문량을 어떻게 확보할 것인지가 매우 중요함. 각 SMR은 고유한 핵연료를 사용하게 되는데 기존에 표준화된 연료에 가까울수록 상용화에 유리함. 그러나 농축도 5% 이상의 핵연료는 기존에 잘 사용하지 않는 핵연료이므로 제작 및 상용화에 어려움을 겪을 뿐 아니라 정치적인 문제에도 봉착할 수 있으므로 이에 대한 대처방안이 필요함. 정부와 민간이 가장 활발하게 SMR 개발을 추진하고 있는 국가는 미국이며 가장 많은 SMR 노형을 개발 중에 있음. 러시아와 중국의 SMR 개발도 지속적으로 주시할 필요가 있음. 우리나라는 원전을 새로운 수출산업으로 발전시키기 위한 여러 정책과 전략을 수립·시행 중으로 미자립 원천기술을 개발하여 수출 장애도 제거하였으며 2012년 7월 SMART 원전이 표준설계인가를 획득함으로써 소형원전수출의 유리한 고지를 점하였음. 향후 과제로는 APR1400, SMART 등의 개발 경험을 바탕으로 획기적인 안전성 개선과 대형원전에 상응하는 경제성이 확보된 SMR을 개발하여 원전 강국의 입지를 다져야 할 것임. 이를 위하여 인허가, 국내외 기술협력, 전문 기술 및 운영인력 확보/양성, 공급망 구축 등을 공개적이고 입체적으로 논의하여 SMR 설계개발, 제작, 운영, 수출에서 모든 산학연관의 관련 조직이 공유하는 전략 마련이 필요함. 소형모듈원전 사업화는 대형원전의 경우보다 더욱 다양한 전략이 요구되기 때문에 시장 요구에 효과적으로 부응하기 위하여 공공과 민간의 역량을 결집할 수 있는 기관을 중심으로 산업분야와 연구분야에서 축적한 수출 경험을 최대한 활용하는 전략 수립이 필요함.