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소형 모듈형 원자로(SMR): 미래 에너지의 징후와 기회

일반 리포트 2025년 03월 05일
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목차

  1. 요약
  2. SMR의 개요와 특성
  3. SMR의 시장 전망과 기술 개발 현황
  4. 국내외 기업의 SMR 투자 및 지원 현황
  5. SMR이 에너지 시장에서 가지는 의의
  6. 결론

1. 요약

  • 소형 모듈형 원자로(SMR)는 현대 에너지 환경에서 점점 중요성이 커지고 있는 혁신적인 기술입니다. SMR은 전통적인 대형 원자력 발전소와 달리 소형화된 모듈형 설계를 통해 특정 지역의 에너지 수요를 적시에 충족할 수 있는 유연성을 제공합니다. 전기 출력을 300MW 이하로 제한하여 필요에 따라 쉽게 설치하고 운영할 수 있는데, 이는 다양한 환경에서도 활용 가능하게 만드는 특징입니다.

  • SMR의 가장 두드러진 안전성 특징은 '패시브 안전 시스템'입니다. 이러한 시스템을 통해 SMR은 외부 전원이나 조작 없이도 자연 대류와 중력을 활용하여 효과적으로 열을 제거할 수 있습니다. 이는 사고 발생 시에도 신속한 열 관리를 가능하게 하여 대형 원자로에 비해 안전성을 크게 강화하는 요소로 작용하고 있습니다.

  • 경제성과 유연성 면에서도 SMR은 대단한 장점을 제공합니다. 모듈식 건설 방식으로써, 각 모듈을 사전 제작 후 현장에서 조립할 수 있어 공사 시간과 비용을 크게 줄일 수 있습니다. 또한, SMR은 다양한 용도로 활용될 수 있는 가능성을 지니고 있어 발전 외에도 담수 생산, 지역 난방, 수소 생산 등의 분야에 적용될 수 있어 추가적인 경제적 혜택을 창출할 수 있습니다.

  • 이러한 SMR의 특성은 기후 변화에 대응하기 위한 대안 에너지원으로서 각국 정부의 정책적 지원을 받으며 지속적으로 발전하고 있습니다. 소형 원자로의 성장 가능성은 전국 단위의 에너지 안정성을 확보하고, 글로벌 에너지 시장에서의 경쟁력을 높이는 데 중대한 역할을 할 것으로 기대됩니다.

2. SMR의 개요와 특성

  • 2-1. SMR의 정의 및 특징

  • 소형 모듈형 원자로(SMR, Small Modular Reactor)는 기존의 대형 원자력 발전소와는 다른 혁신적인 형태의 원자로입니다. SMR은 상대적으로 소규모형으로 설계되어 있으며, 전기 출력을 300MW 이하로 한정하여 필요에 따라 모듈식으로 설치할 수 있는 장점이 있습니다. 이러한 모듈형 설계는 필요한 장소에 맞춰 적시에 설치가 가능하며, 개별적으로 운영할 수 있습니다.

  • SMR의 주요 특징 중 하나는 '패시브 안전 시스템'입니다. 이는 전기나 외부 조작 없이도 자연 대류와 중력만을 이용하여 열을 효과적으로 제거할 수 있는 시스템을 갖추고 있습니다. 따라서 SMR은 대형 원자로에 비해 사고 발생 시에도 원활한 열 관리를 통해 안전성을 높일 수 있습니다.

  • 또한 SMR은 경제성과 유연성 면에서도 뛰어난 성능을 보여줍니다. 모듈식 건설 방식으로 인해 공장에서 사전 제작 후 현장에서는 조립을 통해 빠른 설치가 가능하며, 이는 공사 기간과 비용을 절감하는 데 기여합니다.

  • 2-2. 기존 대형 원전과의 차별성

  • SMR은 기존 대형 원자력 발전소에 비해 여러 가지 면에서 차별화된 특성을 보입니다. 첫째, SMR은 크기가 작고 유연하게 설치할 수 있기 때문에 도시 근처나 전력 인프라가 부족한 지역 등 다양한 환경에서도 적극적으로 활용될 수 있습니다. 이는 기후 변화 대응 및 탄소 배출 감소와 같은 현대적인 에너지 요구에 부합하는 장점으로 작용합니다.

  • 둘째, SMR은 대형 원전이 가진 '단일 실패 지점' 문제를 해결할 수 있는 설계 특징을 지니고 있습니다. 여러 개의 모듈이 독립적으로 작동할 수 있어, 하나의 모듈에 문제가 발생하더라도 전체 시스템의 안전성이 유지됩니다. 이는 운영 리스크를 최소화하고, 개별 모듈의 유지 보수 및 운전 효율성을 높입니다.

  • 셋째, SMR은 변동성이 큰 신재생 에너지(예: 풍력, 태양광)와의 조화로운 운전이 가능합니다. 각 모듈은 전력 출력을 순간적으로 조정할 수 있어, 부하 추종 운전(transformational load-following) 방식으로 신재생 에너지의 간헐성을 보완할 수 있습니다.

  • 2-3. 안전성, 경제성 및 유연성

  • SMR의 안전성은 패시브 안전 시스템을 통해 크게 강화되었습니다. 이 시스템은 전기나 외부 조작 없이도 자연 대류를 이용해 열을 제거할 수 있어, 사고 발생 시에도 냉각이 용이합니다. 결과적으로 SMR은 기존 대형 원전보다 중대 사고 발생 빈도가 훨씬 낮으며, NRC의 인증을 통해 그 안전성을 국제적으로 인정받았습니다.

  • 경제성 측면에서는, SMR의 모듈식 설계가 공사 비용 및 시간을 절감하는 데 큰 도움을 줍니다. 대형 원전의 경우 방대한 부지와 경우에 따라 수년의 시간이 소요되지만, SMR은 작은 부지에 맞춰 공장에서 조립 제작한 후 현장에서 쉽게 설치하는 방식으로 리스크를 줄입니다. 이는 특히 탄소중립 목표를 달성하는 데 필수적입니다.

  • 마지막으로 유연성 측면에서 SMR은 다양한 응용 분야와 설치 방식으로 주목받고 있습니다. 전력 생산 외에도 공정열을 활용하여 담수 생산, 지역 난방, 수소 생산 등 여러 용도로 활용할 수 있어, 다양한 산업 현장에서의 필요를 충족시키는 솔루션으로 자리 잡고 있습니다.

3. SMR의 시장 전망과 기술 개발 현황

  • 3-1. SMR 시장 규모 예측

  • 소형 모듈형 원자로(SMR)는 에너지 시장에서 놀라운 성장 잠재력을 가지고 있습니다. 최근 보고서에 따르면, SMR의 시장 규모는 향후 10년 안에 600조에서 900조 원에 이를 것으로 예상됩니다. 이는 SMR의 빠른 상용화와 여러 국가들에서의 적극적인 지원 정책 때문입니다. SMR은 전통적인 대형 원전에 비해 안전성, 경제성, 유연성을 갖추고 있어, 기후 변화에 대응하는 대안 에너지원으로 자리잡고 있습니다. 특히, 2030년까지 SMR의 상용화를 목표로 한 미국, 캐나다, 영국 등을 비롯한 여러 나라의 정부가 이 기술 개발을 지원하고 있습니다.

  • 3-2. SMR 기술 개발 상황과 주요 기업

  • NuScale Power사는 SMR 기술 개발의 선두주자로, 미국 원자력 규제위원회(NRC)로부터 최초로 설계 인증을 받은 기업입니다. NuScale SMR은 45MW 출력의 모듈을 가지고 있으며, 최대 12개 모듈을 조합하여 720MW까지 생산할 수 있습니다. 특히 NuScale은 자연 대류 냉각 시스템을 통해 전력 공급의 안정성과 안전성을 강화했습니다. 또한, 이 회사는 미국 내에서 탄소 배출 없는 발전 시스템을 구축하기 위해 UAMPS와 협력하고 있으며, 이를 통해 아이다호주에 SMR을 건설할 예정입니다.

  • 또한, 엑스에너지(X-energy)와 테라파워(TerraPower)도 SMR 개발에 활발히 참여하고 있으며, 각각 고온가스형 SMR과 용융염냉각형 SMR을 개발하고 있습니다. 이들 기업은 미국 정부의 지원을 바탕으로 SMR 기술의 상용화를 목표로 하고 있으며, 특히 엑스에너지는 2026년에 상용화 가능한 원자로를 준비하고 있습니다.

  • 3-3. 기후변화와 SMR의 역할

  • SMR 기술은 기후변화 대응에 중요한 역할을 할 것으로 기대됩니다. 최근의 국제 에너지 정책은 탄소 배출을 줄이고 지속 가능한 에너지를 찾는 방향으로 진화하고 있으며, SMR은 이러한 정책에 부합하는 이상적인 솔루션으로 부상하고 있습니다. SMR은 신재생 에너지의 간헐성을 보완할 수 있는 근본적인 전력 공급원으로 작용할 수 있으며, 풍력 및 태양광 발전 소스의 변동성을 안정적으로 지원할 수 있습니다.

  • 미국 및 세계 여러 나라에서 SMR 기술 개발을 통해 탄소 배출을 줄이고, 기존 화석 연료 기반 발전소를 대체할 수 있는 가능성을 높이고 있습니다. SMR의 성장은 기후 변화 대응을 위한 국제적 노력에도 기여하게 될 것이며, 에너지 안정성을 강화하는 데 중요한 역할을 할 것입니다.

4. 국내외 기업의 SMR 투자 및 지원 현황

  • 4-1. NuScale Power사 및 그 기술

  • NuScale Power사는 미국 최초로 소형 모듈형 원자로(SMR) 설계 인증을 받은 기업입니다. 2013년에 미국 에너지부로부터 45㎿e 출력의 경수로형 원자로에 대한 투자 승인을 얻었으며, 현재 12개의 77㎿e 모듈을 가진 발전소 설계를 개발 중입니다. 이 발전소는 아이다호주에 소재하며, 2029년 상업운전을 목표로 하고 있습니다. NuScale의 SMR 설계는 작고 복잡한 모듈 디자인으로, 공장에서 제작 후 현장에서 조립이 가능하여 건설 기간과 비용을 대폭 절감할 수 있는 장점을 가지고 있습니다.

  • NuScale는 또한 자사의 개발한 안전 시스템인 HIPS(Highly Integrated Protection System)를 통해 사이버 공격 및 안전 문제를 해결하는 방안을 모색하고 있습니다. HIPS는 아날로그와 디지털 하이브리드 방식을 적용하여 발전소의 안전성을 강화하고 있어, 글로벌 원자력 안전 기준을 충족하는 데 중요한 역할을 하고 있습니다.

  • 4-2. 한국의 중공업사 참여와 협력

  • 한국의 두산에너빌리티는 NuScale Power와 협력하여 SMR 기술 개발에 적극 참여하고 있으며, 프로젝트에 대한 투자도 진행하고 있습니다. 두산에너빌리티는 1억380만 달러를 투자하여 뉴스케일파워 지분에 대한 기자재 공급권을 확보하였고, SMR 초도 호기 제작에 착수할 예정입니다. 이러한 협력은 한국의 중공업 분야가 SMR 기술에 대한 전문성을 강화하고 글로벌 시장에서 경쟁력을 갖추는 데 기여하고 있습니다.

  • 이외에도 두산에너빌리티는 엑스에너지와의 협력을 통해 차세대 원자로 개발에도 참여하고 있습니다. 엑스에너지가 지원받은 8천만 달러의 투자금은 고온가스형 SMR 개발에 사용되며, 두산에너빌리티의 기술력이 이 프로젝트에서도 중요한 역할을 할 것입니다.

  • 4-3. 정부 지원 정책 및 산업 발전 추세

  • 한국 정부는 SMR 기술의 발전과 상용화를 위해 다양한 지원 정책을 추진하고 있습니다. 정부는 SMR의 상용화를 추진하며, 한국수력원자력이나 한국원자력연구원 등 주요 기관과 협력하여 혁신형 SMR 개발에 필요한 투자와 연구 개발을 지원하고 있습니다. 2020년에 시작된 '혁신형 SMR 개념개발 및 경쟁력 향상 방안 연구'는 이러한 정부의 지원을 바탕으로 진행되고 있습니다.

  • 이를 통해 한국은 SMR 시장에서의 경쟁력을 확보하고 있으며, 이미 존재하는 대형 원자로의 안전성 한계를 극복하기 위한 다양한 방안을 모색하고 있습니다. SMR이 기존 대형 원전의 안전성을 넘어서는 혁신적인 기술로 자리매김할 수 있도록 정부와 업계가 긴밀히 협력하고 있다는 점에서 긍정적인 발전이 기대됩니다.

5. SMR이 에너지 시장에서 가지는 의의

  • 5-1. 에너지 안정성과 공급 문제 해결

  • SMR(소형 모듈형 원자로)는 에너지 공급의 안정성을 크게 향상시킬 것으로 기대됩니다. 전통적인 대형 원전은 건설 기간이 길고 초기 투자가 막대한 반면, SMR은 모듈화된 설계로 공장에서 사전 제작된 후 현장에서 조립하는 방식이기 때문에 건설 기간이 단축되고 비용이 절감됩니다. 이러한 특성 덕분에 SMR은 전력 수요가 불규칙하거나 계절적인 영향이 강한 지역에도 적합한 에너지 공급 솔루션이 될 수 있습니다. 특히 기후 변화로 인해 재생 가능 에너지의 출력 변동성이 커지고 있는 현재, SMR은 이러한 변동성을 보완하여 안정적인 전력 공급을 지원하는 역할을 할 수 있습니다.

  • 미국의 태양광 및 풍력이 대폭 증가하고 있지만, 이러한 재생 에너지원은 기후나 시간에 따라 Output이 급격히 변동하는 단점이 있습니다. 따라서 SMR은 이러한 문제를 해결하기 위해 재생 가능 에너지원과 함께 운영될 수 있는 조정 능력을 갖추고 있습니다. SMR의 유연한 발전 용량제어는 필요할 때만 작동함으로써 에너지 손실을 최소화하고, 전력 수요가 높은 시기에 안정적인 전력을 공급할 수 있는 기반을 제공하게 됩니다.

  • 5-2. 지속 가능한 발전을 위한 대안

  • SMR은 지속 가능한 발전 목표를 달성하는 데 기여할 수 있습니다. SMR은 작은 규모와 높은 안전성 덕분에 신규 에너지 프로젝트에 대한 투자 리스크를 줄일 수 있으며, 이를 통해 개발도상국과 중진국에서도 원자력 에너지를 활용할 수 있게 됩니다. 이들 국가는 대규모 발전소 건설에 필요한 자본과 기술이 부족하기 때문에, 소형 원자로는 더 낮은 원가와 빠른 설치 시기 덕분에 이들 국가에서 에너지 수요를 충족시킬 수 있는 유력한 수단이 될 수 있습니다.

  • 또한 SMR은 기존 화력발전소를 대체할 수 있는 저탄소 지속 가능한 대안으로 자리잡을 수 있습니다. 세계 여러 나라가 탄소 중립 목표를 달성하기 위해 SMR과 같은 저탄소 원자로의 개발 및 활용을 강조하고 있습니다. 이로 인해 화석연료에서 원자력으로의 전환이 더욱 가속화되고 있으며, 이는 온실가스 감축에도 크게 기여할 것입니다. 실제로 여러 국가에서 SMR을 통합한 다양한 저탄소 에너지 시스템이 연구되고 있으며, 이는 탄소 절감 목표를 달성하기 위한 중요한 교두보가 될 것입니다.

  • 5-3. SMR의 글로벌 경쟁력 강화

  • SMR은 다양한 이점을 통해 글로벌 에너지 시장에서 경쟁력을 높이고 있습니다. SMR 기술은 여러 국가에서 개발되고 있으며, 미국, 러시아, 중국이 주요 국가로 손꼽힙니다. 특히 미국의 NuScale Power사는 SMR의 설계 인증을 최초로 획득하여 상용화를 향해 나아가고 있으며, 이를 통해 SMR의 신뢰성과 안전성을 대외적으로 입증하고 있습니다.

  • 한국 또한 SMR 기술에 대한 연구 및 투자가 활성화되고 있으며, 두산에너빌리티와 같은 국내 기업들은 글로벌 시장에서의 경쟁력을 갖추기 위해 국제적으로 사례를 확대하고 있습니다. 이러한 노력은 단순히 기술력을 높이는 것뿐만 아니라, 세계 에너지 시장에서 한국의 입지를 강화하는 데도 많은 도움이 될 것입니다. SMR의 주요 장점인 경제성과 안전성은 다양한 국가에서의 프로젝트에 적용될 수 있으며, 이를 통해 SMR 산업의 성장이 가속화될 것입니다.

결론

  • 소형 모듈형 원자로(SMR)는 에너지 시장의 미래에 결정적인 기여를 할 것으로 예상됩니다. 안전성, 경제성, 유연성 등 여러 측면에서의 장점 덕분에 SMR은 현재의 에너지 문제를 해결하는 최고의 대안으로 부상하고 있으며, 기후 변화에 대응하는 필수적인 솔루션으로 자리매김하고 있습니다.

  • 많은 국가들이 SMR 기술 개발에 집중하고 있는 가운데, 특히 한국은 국제 경쟁력을 확보하기 위해 다양한 연구 및 투자를 진행하고 있습니다. 이러한 경향은 SMR 산업 발전뿐만 아니라 관련 기업들은 물론, 에너지 정책의 진화에도 긍정적인 영향을 미칠 것으로 기대됩니다.

  • 앞으로 SMR의 상용화가 촉진된다면, 전 세계적으로 에너지 공급의 안정성을 높이고 탄소 배출을 줄이기 위한 목표를 더욱 효과적으로 달성할 수 있을 것입니다. 이 과정에서 에너지 산업뿐만 아니라 다양한 산업 분야와 정책적 측면에서도 긴밀한 협력이 필수적이며, 이를 통해 지속 가능한 발전에 기여할 수 있을 것으로 보입니다.

용어집

  • 소형 모듈형 원자로(SMR) [기술]: 작고 모듈화된 설계를 통해 전기 출력을 300MW 이하로 제한하며, 특정 지역의 에너지 수요를 유연하게 충족할 수 있는 혁신적인 원자로.
  • 패시브 안전 시스템 [기술]: 전기나 외부 조작 없이 자연 대류와 중력만을 이용하여 열을 제거하는 시스템으로, 사고 발생 시 안전성을 크게 향상시킴.
  • 모듈식 건설 방식 [건축]: 각 모듈을 사전 제작 후 현장에서 조립하여 공사 시간과 비용을 줄이는 방법.
  • 부하 추종 운전(transformational load-following) [운전 방식]: 전력 출력을 상황에 맞춰 순간적으로 조정할 수 있는 운전 방식으로, 신재생 에너지의 간헐성을 보완하는 데 유용함.
  • HIPS(Highly Integrated Protection System) [기술]: 사이버 공격 및 안전 문제를 해결하기 위해 아날로그와 디지털 하이브리드 방식을 적용한 안전 시스템.
  • 탄소중립 [개념]: 탄소 배출량을 줄이고, 잔여 배출량을 상쇄하여 실질적으로 탄소 배출이 없는 상태를 목표로 하는 개념.
  • 신재생 에너지 [에너지]: 자가 재생 가능하거나 자연에서 무한히 공급되는 에너지 원, 예를 들어 태양광과 풍력이 해당됨.

출처 문서