한국형 다목적 소형원자로 SMART…세계 최초로 표준 설계인가 획득하다

물 부족국가에 적합한 원자로로 부상

 

원자력은 우리에게 정말 필요한 에너지원이지만 그럼에도 불구하고 핵무기를 연상시키거나 방사능 폐기물의 위험 등으로 인해 사람들에게 부정적인 생각을 갖게 만들기도 했다.

하지만 국내에서 개발된 소형원자로 SMART로 인해 이러한 원자력에 대한 부정적인 생각들을 바뀌게 할 수 있을지도 모르겠다.

 

SMART는 원자로계통을 구성하는 주요 기기를 하나의 압력용기 안에 배치해 안전성을 획기적으로 높인 일체형원자로이며 한국형 일체형 원자로로서 세계 최초 인허가를 획득함으로써 한국은 중소형 원전분야에서 세계 최고의 기술을 보유한 국가가 됐다.

SMART 원자로는 한국원자력연구원이 개발한 열출력 330MWt, 전기출력 100MWe의 소형 일체형 원자로인데 이 원자로는 원자로, 증기발생기, 가압기, 냉각재펌프가 하나의 용기에 집약된 일체형으로 상용원전 14분의 1 용량 (100MW)으로 인구 10만 명 규모 도시에 전력·해수담수화를 통한 물과 난방열을 공급할 수 있다.

SMART 원자로는 피동안전계통을 채택하여 기존 원자로보다 안전성이 향상되었다. 지진해일(쓰나미) 등 예상보다 더 큰 외부사건이 발생하더라도 외부전원의 도움 없이 자연대류 현상을 이용해 최대 20일까지 원자로를 안전정지 상태로 유지할 수 있으며 20일 이후에도 수동으로 비상냉각수탱크에 물을 주입하여 원자로를 안전한 상태로 유지시킬 수 있게 설계되었다.

또한 SMART 원자로는 리히터 규모 7.0의 지진까지 견딜 수 있도록 내진설계를 적용했고 쓰나미, 홍수에 견딜 수 있는 수위도 10m로 설계했다. 주요 기기를 모듈 형태로 설계해 건설현장에서 이뤄지는 조립이나 용접과정을 최소화하며 건설공기도 단축했다.

2012년에 표준설계인가를 획득함으로써 기술개발이 완료되었으며 현재 상용화를 추진 중인 원자로로 평가받고 있다.

이 원자로는 해수담수화에 막대한 양의 화석연료를 소비하고 있는 중동 등 물 부족국가에 적합한 원자로로 떠오르고 있다.

 

스마트원자로 [사진 = SMART Power Co., Ltd.]

 

SMART 원자로의 장·단점

SMART 원자로의 장점은 첫째, 안정성이다. 대형 원전의 크기에 비해 획기적으로 소형화 할 수 있어 사고가 발생해도 물 없이 공기만으로도 온도를 조절할 수 있다. 이는 SMART를 바닷가가 아닌 내륙에도 건설할 수 있게 한다.

둘째, 건설공기 단축이다. 모듈을 공장에서 대량 생산하면 전체 원전 건설 및 발전 비용 그리고 건설기간을 대폭 낮출 수 있다.

셋째, 다목적 활용이 가능하다. 전력생산뿐만 아니라 해수담수화, 지역난방, 공정열 공급 등 다목적 활용이 가능하다.

그렇다면 단점은 무엇일까?

단점의 첫 번째는 비용이다. 대형원전을 제외한 타 에너지원 대비 가격 경쟁력은 확보가 가능한 수준이긴 하지만 대형원전 대비 초기건설비는 저렴한 반면 건설단가는 크게 증가한다는 단점이 있다.

둘째, 가격 형성이다. 향후 보급 확대 시 건설기간 단축, 설계 간소화 및 공장제조 등을 통한 비용절감을 통해 대형원전 대비 최소 10~40% 수준에서 가격이 형성될 것으로 전망하고 있다. 이러한 전망은 세계 원자력 시장의 환경 변화 등을 감안해 지속적으로 검토할 과제이기도 하다.

 

SMART 원자로의 사용처

SMART 원자로는 현재 상용화를 추진 중이며 특히 물 부족 국가에서 전력과 해수담수화가 가능한 다목적용으로 개발된 신형 원자로로 주목받고 있다.

2015년에는 대한민국이 사우디아라비아와 SMART 공동상용화를 위한 양해각서를 체결하였으며, 상용화를 위한 양국 협력이 진행 중이다.

이는 세계 최초의 중소형 원자로 수출 사례로 평가받고 있다. 그러나 구체적인 사용처에 대한 최신 정보는 현재 제공할 수 없다.

 

원자력발전소와 태양광발전소의 차이

원자력발전소와 태양광 발전소는 에너지를 생성하는 방식과 그에 따른 장단점에서 차이가 있다. 원자력발전소는 무거운 원자의 핵분열을 이용하여 에너지를 생성한다. 이 과정에서 막대한 에너지가 생성되며, 이 에너지로 전기를 생산한다.

장점은 이산화탄소를 거의 배출하지 않으며, 초기 건설비용은 높지만 연료비가 싸서 비용이 적게 든다. 또한, 원자력발전은 화석연료를 태울 때 나오는 이산화탄소·아황산가스·질소산화물 등 유해물질이 방출되지 않기 때문에 온실효과나 산성비로 인한 생태계 위협 요인들을 제거할 수 있다.

단점은 핵발전 과정에서 발생하는 방사성 폐기물 처리가 어렵다. 또한, 원자력발전소에서 발생하는 안전사고는 지구적인 재앙을 불러올 수 있다.

태양광 발전소는 태양에서 방출되는 빛 에너지를 발전기 없이 직접 전기 에너지로 전환하는 방식이다. 장점은 햇빛을 사용하기 때문에 연료비가 적게 들고 고갈의 위험이 없다. 또한, 환경 오염물질, 진동, 소음이 적고 수명이 길다는 장점이 있다.

단점은 초기 설치비용이 많이 들며, 대규모 발전을 위해서는 넓은 장소가 필요하다. 또한, 계절과 날씨, 일조량에 따라 전력 공급이 불안정하다.

두 발전 방식 모두 장단점이 있으며, 그 선택은 특정 상황과 목표에 따라 달라진다. 원자력 발전은 대량의 에너지를 생성할 수 있지만, 방사성 폐기물 처리와 안전문제가 있다.

반면에 태양광 발전은 재생 가능한 에너지원을 사용하며 환경 친화적이지만, 일조량에 따라 발전 효율이 변하고 초기 설치비용이 높다.

 

원자력발전소와 태양광발전소의 친환경 비교

원자력발전소와 태양광 발전소는 각각 다른 방식으로 에너지를 생성하며, 그에 따라 각각의 장단점이 있다. 이 두 가지 에너지원의 친환경성을 비교하는 것은 복잡한 문제로, 여러 요인을 고려해야 한다.

원자력발전소는 매우 적은 양의 연료를 사용하여 엄청난 양의 에너지를 생성한다. 이는 원자력 발전이 효율적이며, 연료 채굴 및 생산 과정에서 발생하는 이산화탄소 배출이 적다는 것을 의미한다.

그러나 원자력 발전의 단점으로는 방사성 폐기물 처리 문제와 안전 문제가 있다. 또한, 원자력 발전소는 핵연료에서 나오는 엄청난 열을 식히기 위해 바닷물을 사용하며, 이 과정에서 바닷물보다 더 뜨거운 물이 방출되어 해양생태계를 교란할 수 있다.

반면에, 태양광 발전소는 태양 에너지를 직접 전기 에너지로 변환한다. 태양광 발전은 재생 가능한 에너지원을 사용하며, 환경 오염물질을 거의 배출하지 않는다.

그러나 태양광 발전의 단점으로는 초기 설치비용이 높고, 일조량에 따라 발전 효율이 변하며, 대규모 발전을 위해서는 넓은 장소가 필요하다는 점이 있다.

따라서 원자력 발전과 태양광 발전 중 어느 것이 더 친환경적인지는 그 기준에 따라 달라진다. 원자력 발전은 이산화탄소 배출이 적지만, 방사성 폐기물 처리와 안전 문제가 있다.

반면에 태양광 발전은 재생 가능한 에너지원을 사용하며 환경 친화적이지만, 일조량에 따라 발전 효율이 변하고 초기 설치비용이 높다.

이러한 이유로, 어떤 에너지원이 더 친환경적인지는 그 사용 목적, 위치, 비용, 그리고 가능한 위험 요소 등을 종합적으로 고려해야 한다.

 

원자력발전소와 태양광발전소의 효율비교

원자력발전소와 태양광 발전소의 효율을 비교하면, 2015년 원자력의 발전원가는 55원/kwh로 가장 비싼 태양광의 23% 수준이며, 두 번째로 원가가 싼 유연탄의 83% 수준이다.

태양광 발전의 발전효율은 약 8~15%로, 다른 발전에 비해 매우 낮은 수치이다. 원자력발전소는 고온 환경에서도 고압을 버틸 수 있는 신소재와 기술이 개발될 때 마다 존재하지 않는 이미지이다. 발전효율이 높아 경제적인 장점이 있다.

 

왜, 원자력발전이 필요한가?

원자력은 연료가격이 발전원가에서 차지하는 비중이 10%에 불과해 외부 변동요인에 따른 발전원가 변동이 미미하다. 국가 에너지안보 확보에 최적이다.

특히, 중국, 영국, 아르헨티나 등에서 신규원전 건설을 추진하는 등 원전의 지속적 이용은 세계적인 대세이다.

전문가들은 원자력이 필요한 이유에 대해 △안전성을 실증한 오랜 가동 이력 △지진에도 강건한 원전 △사용후핵연료의 안전한 관리 및 처분 △세계 최저 수준의 전기료 △준국산이라 에너지 수입액 절감 △기술자립으로 외화 획득과 고용창출 △미세먼지와 온실가스 걱정 없는 환경보호의 주역 △에너지 안보의 주역 △원전의 지속적 이용은 세계적인 대세라고 말하고 있다.

한국원자력연구원에서는 원자력 에너지에 대해 친근감을 알리기 위해 일반인이나 학생들이 만들어보는 원자로 모형키트와 알러뷰 원자씨라는 소책자, 파동이 굿즈 등을 제작해서 만들어보는 방법 등을 적극적으로 홍보 중에 있다.