SMR 소형모듈원자로

벌써 9월이 지나고 10월이 가까워졌습니다. 하지만 기후변화 때문에 아직까지도 한낮의 온도가 초여름처럼 올라갑니다. 이번 추석 때 기온은 한여름이라고 해도 믿을 정도였는데요. 오늘은 기술개발과 상용화만 될 수 있다면 미래의 에너지 문제를 해결할 수 있을 것으로 보이는 소형원자로에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

 

1. 소형 모듈 원자로는 무엇일까요?

일반적으로 SMR(Small Modular Reactor)라 불리는 소형 모듈 원자로는 말 그대로 작은 원자로를 말합니다. 일반적인 원자로와 달리 안전하고 대량 생산만 가능해진다면 경제성도 있습니다. 또한 현재 전통적 원자력발전소에 비해 매우 컴팩트하고 해안가 이외의 도심지에도 건설이 가능하다고 합니다.

 

2. SMR의 특징

소형 모듈 원자로는 일반적으로 300 MWe 이하의 출력으로 운전되며 모듈 단위로 제작되어 현장에서 조립할 수 있다는 장점을 가지고 있습니다. 이런 방식은 건설 시간을 단축시킬 수 있고 초기 투자비용을 절감할 수 있습니다. 또한 안전성이 높습니다. 자연 순환방식의 냉각시스템을 가지고 있기 때문에 과거 원전사고처럼 전력 공급이 중단되더라도 안정적으로 냉각할 수 있다는 장점이 있습니다. 또한 앞서 말씀드린 것처럼 설치 장소에 대한 제약이 상대적으로 낮습니다. 산업단지, 해양 플랫폼, 도심 등에도 설치가 가능합니다. 

 

3. SMR의 장점

1) 경제성과 짧은 설치기간

특징에서 일부 설명되었지만 SMR의 장점에는 저렴한 비용과 빠른 건설시간이 있습니다. SMR은 모듈형 설계로 인해 공장에서 사전 제작 후 현장에서 조립할 수 있어 건설 비용과 시간을 절감할 수 있습니다. 또한, 규모가 작은 원자로를 단계적으로 추가 설치함으로써 초기 자본 투자 부담을 줄일 수 있으며, 건설 및 운영 리스크도 분산할 수 있습니다. 기존의 대형 원자로에 비해 부지와 인프라의 요구 사항이 적어 설치가 용이합니다.  이런 방식은 건설 비용을 낮추고 모듈형태로 제작되기 때문에 유지보수에도 용이합니다. 대형원자로는 10년 이상의 기간이 소요되지만 SMR은 짧게는 3년, 길게는 5년 이내로 절반도 안 되는 시간 안에 건설이 가능합니다.

 

2) 전통원자로에 비해 높은 안전성

SMR은 대형 원자로에 비해 높은 안전성을 자랑합니다. 소형 크기와 낮은 출력으로 인해 열 방출이 적고, 자연 대류를 이용한 수동 냉각 시스템을 갖추고 있어 전력 공급이 중단되거나 사고가 발생하더라도 자율적으로 냉각할 수 있습니다. 또한, 지하에 설치하거나 해양에 부유시키는 설계로 지진, 해일 등 자연재해로부터의 영향을 줄일 수 있습니다.

 

3) 적용성 확대

SMR은 다양한 용도로 활용될 수 있습니다. 전력 생산뿐만 아니라, 지역난방, 해수 담수화, 산업용 열 공급, 수소 생산 등 다양한 산업 분야에 적용될 수 있어 여러 지역에서 활용할 수 있는 유연성을 제공합니다. 특히, 전력망이 발달하지 않은 지역이나 원격지에서도 설치와 운영이 용이하여, 에너지 접근성이 낮은 지역에서도 유용합니다.

 

4. SMR의 단점

이러한 장점들이 있음에도 왜 SMR은 상용화되지 못하고 있을까요?

 

1) 경제성의 불확실

비록 SMR이 초기 건설 비용과 시간을 절감할 수 있다고 하나, 실제 운영 과정에서의 경제적 이점이 명확히 증명된 사례는 아직 부족합니다. 특히, 개별 소형 원자로의 단위 발전 비용은 대형 원자로에 비해 상대적으로 높을 수 있습니다. 초기 개발 비용과 규제 비용 또한 높아질 수 있어, 장기적인 경제성 확보가 쉽지 않을 수 있습니다.

 

2) 규제와 표준화 문제

대형 원자로와는 다른 설계와 운전 방식으로 인해 규제 기관의 새로운 안전 기준과 인증을 받아야 합니다. 하지만 각국의 규제 체계가 서로 다르고, 아직 SMR에 대한 명확한 규제 기준이 마련되지 않은 상태입니다.  현재 각국에서 개발 중인 SMR은 설계와 기술적 접근이 매우 다양합니다. 이로 인해 기술의 표준화 및 규격화가 이루어지지 않고 있으며, 이는 대량 생산과 글로벌 상용화의 장애물이 될 수 있습니다. 기술적 표준이 확립되지 않으면, 부품의 공급망 구축과 글로벌 규제 준수에 어려움이 발생하고, 이러한 문제들은 개발 비용 증가와 상용화 지연으로 이어집니다.

 

3) 기술부족

대형 원자로는 오랜 기간 동안의 운영 경험과 수많은 실증 데이터를 통해 안전성을 입증해 왔지만, SMR은 아직 실증 사례가 많지 않습니다. 특히, 다양한 설계와 운영 방식을 가진 여러 종류의 SMR이 개발되고 있기 때문에 각각의 설계가 실제로 얼마나 안전하게 운영될 수 있는지에 대한 검증이 충분히 이루어지지 않았습니다. 새로운 냉각 방식, 연료 사용 방식, 수동 안전 시스템 등의 혁신적인 기술들이 도입되고 있으나, 이들이 실제 사고 상황에서 어떻게 작동할지는 예측하기 어렵습니다.

 

5. SMR 전망

SMR은 차세대 원자력 기술로서 에너지 산업의 패러다임을 바꿀 잠재력을 가지고 있습니다. 특히, 탄소 중립을 목표로 하는 국가들에게는 안정적이고 지속 가능한 에너지 공급원이 될 수 있습니다. 미국, 러시아, 중국, 한국 등 여러 나라에서는 이미 SMR 개발과 실증을 위한 다양한 프로젝트를 진행하고 있으며, 상용화를 위한 규제 개선과 기술 개발에 박차를 가하고 있습니다.

앞으로 SMR은 전력 생산 외에도 수소 생산, 해수 담수화, 지역난방 등 다양한 응용 분야에서 에너지 문제 해소의 방법으로 제공할 것으로 기대됩니다. 이를 통해 에너지 접근성이 낮은 지역에 전력 공급을 확장하고, 글로벌 에너지 전환과 기후 변화 대응에 중요한 역할을 할 것입니다.

 

대부분 주요 국가들은 2030년을 상용화 목표로 개발을 진행 중입니다. 한국, 미국, 중국은 2030년까지 SMR을 상용화하는 것을 목표로 하고 있으며, 우리나라는 선진국에 비해 기술이 뒤처져 있지만 한국형 SMR의 안전성을 입증하면서 선진국과의 격차를 줄이기 위해 노력 중입니다. 미국의 경우 전기차 충전소, 수소생산, 난방 공급 등의 다양한 용도로 활용할 수 있는 모델을 중점으로 개발 중입니다. 또한 NASA는 우주탐사 목적의 핵추진로켓 개발에도 SMR을 적용하기 위해 연구 중입니다.  

 

오늘도 10월을 코 앞에 두고 있음에도 습한 날씨와 가을이라고 믿기 힘든 날씨가 이어지고 있습니다. 모두 건강 잘 챙기시고 인류의 노력으로 다시 기후가 정상적으로 돌아올 수 있기를 바랍니다.