AI 시대를 위한 SMR의 전력 혁신

1. 요약

• 이 리포트는 AI(인공지능) 기술의 발전에 따라 크게 증가하는 전력 수요를 어떻게 소형모듈원전(SMR)이 해결할 수 있는지를 탐구합니다. SMR은 기존의 대형 원자로보다 안전성과 효율성이 높으며, 모듈화된 설계로 인해 간편한 설치가 가능한 혁신적인 발전 방식입니다. 본 리포트는 SMR의 정의 및 기능, 전 세계 개발 현황, AI와 결합한 SMR의 미래 전망 등을 심도 있게 분석합니다. 또한, SMR의 안전성과 효율성이 데이터센터와 같은 대규모 전력 소비 시설에 적합하며, AI 기술이 발달함에 따라 SMR이 핵심 전력원으로 자리 잡을 가능성을 설명합니다. 하지만 SMR의 국내 인허가 체계 미비로 인한 장애 요소도 심도 있게 논의되며, 이에 대한 정부와 기업의 대응 방안을 제시하고 있습니다.

2. 소형모듈원전(SMR)의 정의와 특징

• 2-1. SMR의 기본 개념

• SMR은 소형모듈원전(Small Modular Reactor)의 약자로, 전통적인 대형 원자력 발전소에 비해 규모가 작고, 일체형 설계로 높은 안전성을 보장하는 차세대 원전 기술입니다. SMR은 최대 300메가와트의 전력을 생산할 수 있으며, 대형 원전과 비교했을 때 방사능 물질 유출 위험이 적고, 효율성 면에서도 뛰어나다는 평가를 받고 있습니다. 또한, SMR은 비상냉각장치나 비상전원이 없어도 사고 발생 시 자연스럽게 붕괴열을 외부로 방출하도록 설계되어 있어, 사고의 위험성이 크게 감소합니다.

• 2-2. SMR과 대형 원전의 비교

• 소형모듈원전(SMR)은 일반적인 대형 원자력 발전소와 비교될 때, 여러 가지 면에서 장점을 가지고 있습니다. 먼저, SMR은 설비용량이 300메가와트 이하로 설정되어 있어, 설치와 운영이 용이합니다. 대형 원전은 설비용량이 1000MWe 이상으로, 모든 건설 과정이 부지에서 이루어져야 하며, 이에 상대적으로 긴 건설 기간과 높은 초기 투자 비용이 소요됩니다. 반면, SMR은 공장에서 생산한 후 현장에서 조립할 수 있는 모듈형 설계를 가지고 있어 비용과 시간을 절약할 수 있는 장점이 있습니다.

• 2-3. SMR의 안전성 및 효율성

• SMR은 높은 안전성과 효율성을 제공하는 차세대 원자로로 주목받고 있습니다. SMR은 일반 물로 조절 및 냉각되는 가압경수로(PWR)형으로 분류되며, 이는 3세대 원전으로 간주됩니다. SMR의 설계는 방사성 물질 유출 위험을 최소화하며, 이를 통해 데이터센터와 같은 대규모 전력 소비 시설에 쉽게 설치할 수 있는 점이 큰 장점으로 평가받고 있습니다. 또한, AI 기술이 발전함에 따라 SMR 역시 데이터 처리 및 분석의 핵심 기술로 자리잡을 가능성을 제시하고 있습니다.

3. AI 시대의 전력 수요 문제

• 3-1. AI 기술의 발전과 전력 소비 증가

• AI 기술의 급속한 발전은 산업 전반에 혁신을 가져왔습니다. 그러나 AI 기술이 발전할수록 전력 소비 문제는 심각해지고 있으며, 특히 데이터센터의 전력 사용량은 기하급수적으로 증가하고 있습니다. 예를 들어, 2020년 세계 데이터센터 전력 수요는 241TWh였으나, 2030년까지 1063TWh로 증가할 것으로 예상됩니다.

• 3-2. 데이터센터의 전력 사용량 예측

• AI 모델 학습에 방대한 양의 데이터를 처리하기 위해서는 많은 전력이 필요합니다. 챗GPT와 같은 대규모 AI 모델을 훈련하는 데에는 엄청난 양의 전력이 소모되며, 이는 단순히 데이터센터를 위한 추가 전력 공급뿐만 아니라 기존 전력 인프라를 대체할 새로운 에너지원이 필요하다는 의미입니다. 특히, 2028년까지 데이터센터가 사용하는 전력량은 현재의 두 배 이상이 될 것이라는 예측도 있습니다.

• 3-3. SMR의 필요성 대두

• 이러한 전력 수요 문제를 해결하기 위한 방안으로 SMR(소형모듈원전)이 대두되고 있습니다. SMR은 최대 300메가와트의 전력을 생산할 수 있으며, 이는 대형 원전보다 방사능 물질 유출 위험이 적고, 설계와 설치가 용이하여 데이터센터와 같은 대규모 전력 소비 시설에도 쉽게 설치할 수 있는 장점이 있습니다. 현재 전 세계적으로 SMR 개발이 활발히 진행되고 있으며, 미국, 일본, 중국 등 주요 국가들이 이 기술의 잠재력에 주목하고 있습니다. 한국은 SMR 관련 인허가 체계가 미비하여 시장 진입에 어려움이 있지만, 정부와 기업의 노력이 필요합니다.

4. SMR 시장 전망

• 4-1. SMR의 글로벌 시장 성장 예측

• AI 기술의 발전으로 데이터센터에 대한 전력 수요가 급격히 증가하고 있으며, 이에 따라 SMR(Small Modular Reactor, 소형모듈원자로)의 필요성이 부각되고 있습니다. NEA(원자력에너지기구)는 2050년까지의 원자력 수요량 1,160GWe 중 SMR이 약 375GWe를 충당할 수 있을 것으로 예측하고 있습니다.

• 4-2. 주요 국가의 SMR 개발 동향

• 국내외에서 SMR 개발이 활발히 진행되고 있습니다. 러시아와 중국은 상업적으로 운영 중인 SMR을 각각 1기 보유하고 있으며, 2030년대 초에 상업운전이 예상됩니다. 미국의 경우, 에너지부(DOE)는 SMR 개발을 지원하고 있으며, 다양한 기업들이 SMR에 대한 투자를 늘리고 있습니다.

• 4-3. SMR과 AI의 시너지 효과

• AI의 상용화로 인해 데이터센터의 전력 사용량이 크게 증가할 것이라는 예상이 있으며, SMR은 이러한 전력 수요를 안정적으로 공급할 수 있는 대안으로 주목받고 있습니다. 특히, SMR은 탄소 배출이 없으면서도 효율적이며, 분산형 전원으로서의 이점도 있어 AI 기반 인프라의 지속 가능성을 높일 수 있습니다.

5. 글로벌 SMR 개발 경쟁

• 5-1. SMR 개발 중인 주요 기업

• 현재 전 세계적으로 약 70여 개의 기업이 SMR 개발을 진행하고 있으며, 주요 빅테크 기업인 아마존, 구글, 마이크로소프트 등이 SMR에 대한 투자를 확대하고 있습니다. 아마존은 버지니아주에 SMR 개발을 추진하며 300MW 이상의 전력을 확보할 계획입니다. 구글은 스타트업 카이로스 파워와 전력 구매 계약을 체결하였으며, 오픈 AI의 최고경영자가 이사회를 이끄는 핵융합 스타트업 오클로도 2027년 SMR 가동을 목표로 개발 진행 중입니다.

• 5-2. SMR 개발을 위한 정부 정책

• 한국 정부는 SMR의 상용화를 위해 i-SMR 홀딩스를 설립하고, 다양한 노형의 사업화를 지원하고 있습니다. 제11차 전력기본계획 초안에는 2035년까지 0.7GW의 SMR 설치 계획이 포함되어 있으며, SMR 관련 인허가 체계는 미비하나 개선이 진행 중입니다.

• 5-3. SMR의 글로벌 경쟁력

• SMR은 대형 원전 대비 안전성과 경제성에서 높은 평가를 받으며, 탄소 중립 달성을 위한 주요 수단으로 주목받고 있습니다. NEA는 2050년까지의 원자력 수요량 1,160GWe 중, SMR이 최대 375GWe를 차지할 것으로 예상하고 있으며, 다른 국가들은 SMR 개발에 속도를 내고 있습니다. 그러나 한국은 아직 SMR 인허가 체계가 미비하여 시장 진입에 어려움이 있습니다.

6. 국내 SMR 인허가 현황

• 6-1. 국내 SMR 관련 인허가 체계

• 한국은 대형 원전 건설에 대한 풍부한 경험을 보유하고 있으나, SMR(소형모듈원전) 관련 인허가 체계는 아직 미비한 상황입니다. 현재 국내에서는 SMR 인허가 시 단일 기준을 적용하고 있으며, 이 기준은 기존 대형 원전을 기준으로 설정되어 있습니다. 이러한 기준은 SMR의 특성을 반영하지 못해 SMR 활성화에 장애가 될 수 있습니다. 예를 들어, 대형 원전의 경우 방사선 비상계획구역 반경을 2-30km로 설정해야 하지만, SMR은 그 규모가 작기 때문에 비상계획구역 반경을 줄이는 것이 가능하다는 점에서 미국은 기존의 방사선 안전 기준을 개정하여 SMR의 비상계획구역을 300m로 설정할 수 있었습니다. 그러나 한국에서는 SMR의 특성이 반영된 규제가 부족하여 관련 인허가 과정에서 어려움이 발생하고 있습니다.

• 6-2. SMR 인허가의 현재 문제점

• 현재 국내 SMR 인허가 관련 규제는 대형 원전 기준에 맞춰져 있어 SMR의 독특한 요구사항을 반영하지 못하고 있습니다. 예를 들어, 경수형 원자로에 기반한 기존 규제는 최근 개발되고 있는 4세대 SMR(예: 헬륨 및 소듐을 사용하는 원자로)에 적용하기 어렵다는 한계가 있습니다. 또한, SMR 개발을 원하는 기업들 간의 기술 협력에도 장애가 생기고 있으며, 이는 SMR 관련 제도가 미비한 한국에서 인허가 과정의 불확실성으로 이어지고 있습니다.

• 6-3. 정부의 대응 및 정책 방향

• 정부는 SMR 시장에서의 경쟁력 확보를 위해 다양한 노력을 하고 있습니다. 최근 발표된 과학기술정보통신부와 산업통상자원부 등 관계부처의 차세대 원자력 확보를 위한 기술개발 및 실증 추진방안에 따르면, SMR 노형별 개발 상황에 맞춘 단계적 규제 체계를 마련할 계획입니다. 이로 인해 가장 개발속도가 빠른 i-SMR에 대한 사전설계검토, 규제연구 등을 시행하고 있으며, 2026년에는 표준설계인가를 신청할 예정입니다. 그러나 정부의 SMR 건설 계획은 관련 입법이 필수적이며, 이는 야권의 협조가 필요한 상황입니다. 따라서 정부의 계획이 실현될 수 있는지는 좀 더 지켜봐야 할 것입니다.

7. 국내 기업들의 SMR 투자 현황

• 7-1. 국내 기업의 SMR 투자 동향

• 최근 글로벌 빅테크 기업들이 SMR 투자 및 개발에 적극 나서고 있습니다. 특히 AI 상용화로 인해 전력 사용량이 증가할 것으로 예상되며, 안정적인 전력 공급과 탄소 배출이 적은 소형모듈원전(SMR)에 대한 관심이 높아지고 있습니다. 국내 기업들도 이러한 글로벌 트렌드에 발맞춰 SMR 시장에서의 경쟁력 확보를 위해 다양한 노력을 기울이고 있습니다. 한국은 대형 원전 건설 경험이 풍부하지만, SMR 관련 인허가 체계는 부족한 상황입니다. 이로 인해 SMR 기술 개발 및 상용화에 대한 정부의 정책과 기업의 적극적인 투자 노력이 필요합니다.

• 7-2. 주요 기업별 SMR 프로젝트

• 1. **삼성물산** 삼성물산은 루마니아 SMR 프로젝트의 기본설계에 공동 참여하고 있으며, 미국의 플루어, 뉴스케일, 사전트 앤 룬디와 협력하고 있습니다. 이 프로젝트는 삼성물산이 글로벌 SMR 시장에서 입지를 다지기 위한 중요한 기회로 여겨집니다. 2. **두산에너빌리티** 두산에너빌리티는 한국수력원자력 컨소시엄의 우선협상대상자로 선정된 체코 원전 사업에 참여하고 있으며, X-에너지와 뉴스케일파워와의 협력을 통해 핵심 기자재 공급 계약을 체결했습니다. 이외에도 대형원전 및 SMR에 대한 투자가 예정되어 있습니다. 3. **DL이앤씨** DL이앤씨는 SMR 사업 진출을 선언하며 원자력 사업팀을 신설하였습니다. X-에너지 및 캐나다의 테레스트리얼에너지와의 투자로 SMR 시장에서의 영향력을 강화하고 있는 것으로 나타났습니다.

• 7-3. SMR 시장에서의 경쟁력 강화 전략

• 국내 기업들은 SMR 시장에서의 경쟁력을 확보하기 위해 해외 기업과의 협력, 기술 개발 및 인허가 체계 마련에 초점을 맞추고 있습니다. 특히, SMR에 적합한 인허가 규범의 수립과 관련된 법령의 개선이 필요하다는 점이 지적되고 있습니다. 현재 국내에서는 SMR 인허가 기준이 대형원전에 맞춰져 있어 SMR의 특성이 제대로 반영되지 않아 활성화에 걸림돌이 되고 있습니다. 따라서 기업 간의 기술 협력 또한 SMR 관련 제도 개선이 이루어져야 원활할 것으로 예상됩니다.

결론

• AI의 발전으로 전력 수요가 기하급수적으로 증가함에 따라, 소형모듈원전(SMR)은 이 문제를 해결할 주요 대안으로 부상하고 있습니다. SMR은 대형 원전보다 안전하고 효율적이며, 탄소 배출 없는 에너지원으로서 AI 기반 인프라의 전력 소비를 안정적으로 지원할 수 있는 잠재력을 갖추고 있습니다. 그러나 국내에서는 SMR 관련 인허가 체계가 기존 대형 원전 기준에 맞춰 있어 시장 진입에 걸림돌이 되고 있음이 지적됩니다. 이를 극복하기 위해 정부의 규제 개선과 기업의 적극적인 투자가 요구되며, 이는 에너지 시장에서의 SMR의 확립된 위치를 보장하는 데 필수적입니다. SMR 기술의 발전은 AI 인프라의 안정성을 보장할 뿐만 아니라 환경적 부담을 줄여 지속 가능한 발전을 가능하게 할 것입니다. 앞으로 SMR 개발이 어떻게 AI 시대의 전력 공급을 혁신할지에 대한 기대가 커지고 있으며, 정부와 기업의 조율된 노력이 필요합니다.

용어집

• 소형모듈원전(SMR) [기술]: SMR은 기존 대형 원전보다 작고 안전성이 높으며, 모듈화된 설계로 인해 공장에서 생산한 후 현장에서 조립할 수 있는 원자로입니다. SMR은 탄소 배출이 없고, 데이터센터와 같은 대규모 전력 소비 시설에 적합하여 AI 시대의 전력 문제 해결의 중요한 솔루션으로 자리잡을 수 있습니다.

• AI(인공지능) [기술]: AI 기술은 데이터 분석 및 학습을 통한 자동화와 효율성을 제공하는 기술로, 데이터센터의 전력 소비를 크게 증가시키고 있습니다. AI의 발전은 SMR과의 결합을 통해 안정적인 전력 공급을 필요로 하며, SMR은 이러한 AI 시스템을 지원하는 역할을 수행합니다.

출처 문서

• SMR, AI 시대 전력 문제 해결의 열쇠 될까? 2035년 SMR 시장, 최대 630조원 성장 - 인텔리전스 뉴스https://asherblog.co.kr/smr-ai-%EC%8B%9C%EB%8C%80-%EC%A0%84%EB%A0%A5-%EB%AC%B8%EC%A0%9C-%ED%95%B4%EA%B2%B0%EC%9D%98-%EC%97%B4%EC%87%A0-%EB%90%A0%EA%B9%8C/
• SMR(소형모듈원자로)의 무한한 가능성과 전략 - 삼일PwC경영연구원https://ddolkong.tistory.com/26679
• 국내외 SMR 개발 및 인허가 현황https://www.sankun.com/blog/detail/707_%EA%B5%AD%EB%82%B4%EC%99%B8_SMR_%EA%B0%9C%EB%B0%9C_%EB%B0%8F_%EC%9D%B8%ED%97%88%EA%B0%80_%ED%98%84%ED%99%A9