SMR (feat. 활용 분야, 패러다임 변화, 필요성, 원자력 공학 진학 과정)

이 글에서는 폭발 위험이 적은 소형 원자력 발전소인 SMR의 활용 분야와 패러다임 변화, SMR 개발의 필요성, 그리고 SMR과 관련된 원자력 공학 진학 과정에 대해 포스팅하려고 합니다.

<목차> 1. SMR의 활용 분야 2. SMR 패러다임의 변화 3. SMR 개발의 필요 4. SMR 관련 원자력 공학 진학 과정

 

 

1. SMR의 활용 분야

SMR은 기존 원전 대비 안정성, 활용성, 경제성의 장점을 가지고 있습니다.

2016년 파리 협정 이후 121개 국가가 2050 탄소중립 목표 기후 동맹에 가입하면서 세계 각국에서 탄소 제로를 선언했습니다. 이후 석탄이나 석유로 생산하는 에너지는 줄이고, 탄소 배출을 하지 않는 원전 활용에 대한 논의가 활발히 이루어지고 있습니다. 특히, 기존 원전보다 안전성이 높고 건설 비용이 줄어든 차세대 소형 원자로인 SMR의 가능성이 대두되고 있습니다.

SMR(소형 모듈 원전)은 기존 원전과 비교해 안정성, 활용성, 경제성의 세 가지 장점을 가지고 있습니다. 우선 SMR은 주요 기계들이 하나의 용기 안에 배치된 일체형으로 계통 연결부 사이에 발생할 수 있는 약점을 보완할 수 있습니다. 특히 방사능 유출 시 사고 수습이 용이하고, 비상 계획 구역을 축소할 수 있다는 장점도 가지고 있습니다. 기존 대형 원자로의 경우 증기 발생기, 냉각재 펌프 가압 기 등 주요 기기를 배관을 통해 연결하는 원리로 연결부 사이에서 위험성이 노출되었습니다. 일본 후쿠시마 원전의 경우 냉각 펌프가 고장나서 원자로를 효과적으로 제어하지 못하게 되자, 가득 찬 수소가 폭발해 방사능이 누출되었습니다.

또한 기존 대형 원전은 전력 생산을 주요 기능으로 하였으나, SMR은 산업 공정열 공급, 수소 생산, 지역 난방, 담수 활용 등 그 활용성이 매우 넓습니다. 소규모 송전 설비 운영이 가능해 분산형 전원이 가능하다는 특징이 있어 태양광, 풍력 등 재생 에너지와 연계 가능하기 때문에 활용도가 훨씬 좋습니다. 여기서 분산형 전원이란, 지역 간 혹은 지역 내 송전 및 배전 시설의 간편화와 효율성을 높이기 위해 태양광이나 풍력과 같은 신재생 에너지 자원을 이용한 소규모 발전 설비를 말합니다.

SMR의 마지막 장점은 경제성, 즉 초기 투자 비용이 상대적으로 상당히 저렴하다는 것입니다. 건설 비용이 1~3조 원에 불과해 대형 원전(5~10조 원)보다 3~5배 정도 저렴합니다. 또한 기존 대형 원전은 완공까지 4~5년이 소요되는 데 비해, SMR은 완공까지 2년이면 충분하기 때문에 효율성 또한 매우 높습니다.

 

2. SMR 패러다임의 변화

SMR은 탄소 배출이 없기 때문에 지구 온난화 문제와 신재생 에너지 발전량 불안정성 문제를 해결할 수 있는 대안으로 다시 관심을 받고 있습니다.

1979년 미국 스리마일섬 원전사고, 1986년 체르노빌 원전 사고와 2011년 후 쿠시마 원전 사고를 계기로 원전의 안전성에 대한 우려가 제기되었습니다. 우리나라의 경우도 2016년 경주에서 5.8 규모의 지진이 발생하면서 원전의 안전성에 대한 걱정도 많아졌습니다. 이때부터 다양한 곳에서 에너지 전환에 대한 일환으로 2017년에 정부는 재생 에너지의 비중을 2030년까지 20%로 확대하겠다는 '재생 에너지 3020 이행계획'을 발표했습니다. 우리나라뿐만 아니라 전 세계가 신재생 에너지의 보급 확대에 주력하고 있습니다.

하지만 태양광이나 풍력과 같은 신재생 에너지는 환경의 영향을 많이 받기 때문에 발전량이 일정하지 않아 원자력에 다시 관심을 갖기 시작했습니다. 여기에는 지구온난화 문제도 한몫했습니다. 원자력의 경우 전력 공급은 물론, 탄소 배출이 없기 때문입니다.

우리나라를 비롯한 원자력 기술 보유국들은 소형 모듈 원전(SMR) 개발에 집중하고 있습니다. 마이크로소프트 창업자인 빌 게이츠와 워런 버핏 버크셔해서웨이 회장이 폐쇄 석탄공장 용지에 소형 원자력발전소를 건설하겠다고 나서는 등 SMR(소형 모듈 원전)이 전 세계적으로 관심을 끌면서 침체됐던 원자력발전 산업이 새롭게 도약하게 되었습니다.

빌 게이츠가 설립한 원전 '스타트업 테라파워'는 버핏 회장 소유의 전력회사 퍼시피코프와 함께 건설할 계획인 SMR입니다. 이 소형 모듈 원전은 '소듐냉각고속로(SFR)' 방식입니다. 여기서 '소듐냉각고속로'란 고속 중성자를 이용해 핵분열을 한 후 원자로에서 발생하는 열을 물 대신 액체 나트륨으로 식히는 방식을 말합니다.국내의 경우는 1997년부터 SFR을 연구해 지난해 개발이 사실상 완료된 상태이지만, 한국의 SFR은 전기 생산용이 아니라 사용 후 핵연료를 태우는 용도로 설계되어 있기 때문에, 이를 전력 생산용으로 바꾸는 연구를 진행하고 있습니다.

SMR은 전 세계가 공동으로 추구하는 목표인 '2050 탄소중립'의 해결사로 거론되고 있습니다. 원자력은 탄소를 전혀 활용하지 않는 에너지원으로 이산화탄소 등 탄소를 배출하지 않기 때문입니다.

기존 전력 시장에서 탄소 기반 에너지를 대체할 뿐만 아니라 산업단지의 공정상 열 공급 및 수소 생산 등 핵 에너지의 외연을 확장했습니다. 핵 추진 기술에도 적용되면 해양 교통과 물류 운송에서도 탄소 배출 저감에 도움이 될 수 있습니다. 즉, 소형 모듈 원전(SMR) 기술은 전 세계적으로 탄소중립으로 인한 전력 공급의 불안정성과 경제성 문제를 모두 해결할 수 있습니다.

우리나라의 경우에는 1990년대 말부터 기존 대형 원전 대비 출력이 1/10 이하인 SMART라는 소형 원자로를 개발했으며, 2012년에 표준 설계인가를 받았습니다. SMART의 경우는 해수 담수화(바닷물의 염분을 제거하는 것) 기능을 보유하고 있고, 사우디아라비아와 공동개발을 진행하고 있습니다.

하지만 최근 뉴스케일과 같은 안전 기술과 운전 기술이 적용된 SMR이 개발되었기 때문에 이제는 해외 시장에서 경쟁력을 유지할 수 있는 SMR의 기술이 필요해졌습니다. 따라서 2021년 원자력 분야 산·학·연이 협력해 '혁신형 SMR' 개발에 착수했습니다. 기존과는 다른 제작 기술, 무봉산 원자로, 자율 운전 기술, 피동 무한 냉각 기술, 재생 에너지 연계 기술, 해양 발전 기술 등이 포함되어 있습니다.

 

3. SMR 개발의 필요

SMR 개발은 기존 원전 문제 해결, 2050 탄소 중립 달성, 원전 수출 포트폴리오 확대, 그리고 새로운 성장 동력으로 인하여 필요합니다.

① SMR 기술은 기존 원전에서 발생한 문제들을 해결할 수 있습니다.

기존 원전은 11조 원 이상의 투자비가 필요했지만, SMR은 건설 비용이 $4,000/kW 이하로 비용을 절감할 수 있습니다. 이에 더불어 안전성이 강화되고 부지도 많이 필요하지 않아 효율적입니다. 또한 소도시에서도 적용하기 좋으며, 사고가 발생하더라도 주민들에게 입히는 피해가 적을 것입니다. 이 기술은 폐기물 저감과 제어봉 이탈 사고 예방에도 기여할 수 있습니다. 이러한 이유로 SMR은 기존 원전에서 발생한 위험성을 크게 줄였습니다.

② 2050년 탄소 중립 문제를 해결할 수 있습니다.

기존의 오래된 화력 발전소를 대신할 수 있는 SMR 기술을 연구함으로써, 탄소 중립을 실현할 수 있습니다. 또한, 신재생 에너지와 연계하여 효과를 기대할 수 있습니다. SMR은 수소 생산이나 지역 난방에도 사용할 수 있기 때문에 탄소 중립을 가속화할 수 있습니다. 국제 에너지 기구(IEA)는 원전 운영 기간 연장이 가장 경제적이면서 효율적인 저탄소 전력임을 인정하고 있습니다. 주요 국가들도 원전 수명 연장을 적극적으로 추진하고 있습니다. 미국은 이미 6개의 원전을 80년까지 연장했으며, 추가로 4개의 원전에 대한 80년 수명 연장을 검토 중입니다. 2011년 후쿠시마 원전 사고 이후, 일본도 기존 원전의 60년 이상 가동을 검토 중입니다. 유럽 연합(EU)은 원자력 발전과 천연 가스에 대한 투자를 지속 가능한 경제 활동으로 분류하는 '그린 택소노미' 초안을 발표했습니다. 탄소 중립을 위해 원자력 발전 비중을 10%에서 40%로 늘리면, 태양광·풍력 비중을 줄여서 약 600조 원의 비용을 절감할 수 있다는 '탄소 중립을 위한 새로운 에너지 정책 방향' 연구 결과가 나왔습니다. 국가 온실 가스 감축 목표(NDC)를 달성하기 위해서는 중대한 조치로 원전 운영 기간을 연장해야 합니다. '탄소 중립을 위한 새로운 에너지 정책 방향' 보고서에 따르면, 정부는 2030년까지 재생 에너지 비중을 30.2%까지 높일 계획이며, 재생 에너지 비중을 30% 이상 높이기 위해서는 약 106기가와트(GW)의 태양광 및 풍력 발전 설비가 필요합니다. SMR 도입은 이러한 목표를 이루기 위해 좋은 대안이 될 수 있습니다.

③ 한국은 SMR 기술을 통해 다양한 전력량 수요에 맞춘 원전을 수출할 수 있습니다.

이를 통해 해수담수화, 수소 생산, 공정열 등에도 활용이 가능합니다. 현재 대부분의 SMR 기종은 아직 개발 초기 단계에 있으나, 2030년 이후에 상용화될 것으로 예상되며, 한수원은 2030년에 SMR 수출 시장에 진출할 계획입니다. 한수원은 600MWe급 화력 발전소를 대체할 수 있는 일체형 경수로 SMR 개발을 위해 170MW급 일체형 4개 모듈을 배치하는 방안을 개발 중입니다.

④ 원자력 발전소를 건설하여 새로운 경제 성장 동력을 만들 수 있습니다.

이를 통해 원자력 산업이 활성화되면 원자력 관련 기업들도 성장할 수 있습니다. 이는 대규모 기술 개발 및 수출에도 도움이 됩니다. 또한 인력 양성을 통해 고용 창출에도 기여할 수 있습니다. 이러한 기술력과 원자력 산업 생태계 유지로 기존 원자력 발전소의 운영을 안정적으로 유지할 수 있기 때문에 조만간 K-SMR이라는 말을 많이 들을 수 있을 것입니다. 또한, 해수를 담수화하는 기술도 발전하고 있습니다. 해수 담수화 기술의 대표적인 방법은 증류법으로 바닷물을 끓여 물을 얻지만, 이 과정에서 이산화탄소 배출로 인한 환경 오염 문제가 발생합니다. 그러나 막분리법(그래핀 막 활용)과 냉동법을 사용하면 이러한 문제를 해결할 수 있습니다. 그러나 냉동법은 많은 양의 에너지가 필요하기 때문에 한계가 있습니다. 이러한 문제를 해결할 수 있는 대안으로 SMR을 활용하면 인구 10만 명 규모의 도시에 전기와 물을 함께 공급할 수 있기 때문에 동남아시아의 섬나라나 중동 지역의 사막 지역에서는 많은 도움이 될 수 있습니다.

 

4. SMR 관련 원자력 공학 진학 과정

원자력 공학 분야에서의 진로 탐색은 미래 산업과 에너지 분야에서 전문가로 성장하는 것이 중요합니다.

원자력은 친환경적인 에너지 생산 기술 중 하나로, 지구 온난화 문제와 에너지 안보 문제를 해결할 수 있는 대안으로 주목받고 있습니다. 또한, 원자력은 발전량이 안정적이며, 발전소 설치 후 오랜 기간 운영이 가능한 장점이 있습니다. 따라서 원자력은 미래 산업과 에너지 분야에서 큰 역할을 할 것으로 예상됩니다.

특히, 원자력 중에서도 소형 모듈 원자로(SMR)는 기존 원전의 문제점을 해결하면서도 건설 비용을 절감할 수 있는 기술로 주목받고 있습니다. SMR은 안전성이 강화되고, 부지도 적게 필요하며, 폐기물 저감과 제어봉 이탈 사고 예방에도 기여할 수 있습니다. 이러한 이유로 SMR은 기존 원전에서 발생한 위험성을 크게 줄였습니다.

또한, SMR은 탄소 중립 문제를 해결하는 데에도 큰 역할을 할 수 있습니다. 기존의 오래된 화력 발전소를 대신할 수 있는 SMR 기술을 연구함으로써, 탄소 중립을 실현할 수 있습니다. 또한, 신재생 에너지와 연계하여 효과를 기대할 수 있습니다. SMR은 수소 생산이나 지역 난방에도 사용할 수 있기 때문에 탄소 중립을 가속화할 수 있습니다.

한국은 SMR 기술을 통해 다양한 전력량 수요에 맞춘 원전을 수출할 수 있습니다. 이를 통해 해수담수화, 수소 생산, 공정열 등에도 활용이 가능합니다. 현재 대부분의 SMR 기종은 아직 개발 초기 단계에 있으나, 2030년 이후에 상용화될 것으로 예상되며, 한수원은 2030년에 SMR 수출 시장에 진출할 계획입니다.

따라서 원자력 공학 분야에서의 진로 탐색은 미래 산업과 에너지 분야에서 큰 역할을 할 수 있는 SMR 기술 등의 다양한 기술과 관련된 지식을 습득하는 것이 중요합니다. 또한, 지속적인 연구와 발전으로 더욱 안전하고 친환경적인 원자력 기술을 개발하고, 이를 활용하여 지구의 지속 가능한 발전을 이루어 나가는 데 기여할 수 있는 전문가로 성장하는 것이 중요합니다.

표. 원자력공학 계약학과

구분	학교명
고등학교	경남공고 전기전자과(부산 부산진구)
	수도전기공고 에너지전자제어과(서울 강남구)
	한국원자력마이스터고(경북 울진)
전문대학	강동대 신재생에너지과
	경기과학기술대 신재생에너지과
	영진전문대 신재생에너지전기계열
	전주비전대 신재생에너지공학과
	한국폴리텍 강릉캠퍼스 발전설비과
	한국폴리텍 목포캠퍼스 발전설비과
	한국폴리텍 목포캠퍼스 발전설비과
대학교	경북대 에너지공학부 원자력공학 트랙
	경희대 원자력공학과
	단국대 원자력융합공학과
	동국대 경주 창의융합공학부 에너지전기공학전공
	부산대 기계공학부 원자력시스템전공
	서울대 원자핵공학과
	세종대 원자력공학과
	위덕대 에너지전기공학부 원전제어시스템공학전공
	전북대 양자시스템공학과
	제주대 기계마카에너지화학공학부 에너지공학전공
	조선대 원자력공학과
	중앙대 에너지시스템공학부 원자력전공
	한양대 원자력공학과