소형 모듈형 원자로(SMR): 미래 에너지의 혁신적 대안과 시장 전망

1. 요약

• 소형 모듈형 원자로(SMR)는 현대 에너지 수요의 새로운 기준을 제시하는 획기적인 기술로, 분산형 에너지 생산과 저전력 수요에 대한 솔루션을 제공합니다. 이 원자로는 안전성과 경제성을 높이기 위해 설계되었으며, 2030년까지 상용화를 목표로 하는 다양한 글로벌 개발 프로젝트가 진행되고 있습니다. SMR의 가장 큰 장점 중 하나는 설치 장소나 출력을 유연하게 조정할 수 있는 특성으로, 이는 특히 에너지 소비 패턴이 불규칙한 지역에서 필수적입니다. 기존 대형 원자력 발전소의 한계를 극복하고, 안정적인 에너지 공급을 가능하게 함으로써, SMR은 기후 변화에 대응하는 데 중요한 역할을 할 것입니다.

• 현재 SMR 기술은 전 세계적으로 다수의 개발 프로젝트가 시행되고 있으며, 특히 미국, 중국, 러시아와 같은 국가들에서 활발한 연구와 투자가 이루어지고 있습니다. IAEA(국제원자력기구)는 현재 약 50개의 SMR 프로젝트가 진행되고 있다고 밝혔으며, 이러한 국제적인 노력이 SMR의 상용화 가능성을 더욱 높이고 있습니다. 또한, 주요 기업은 협력과 혁신을 통해 SMR 기술 개발에 박차를 가하고 있어, 업계 전반에 있어 긍정적인 변화가 기대되고 있습니다.

• SMR의 개발은 단순히 새로운 발전 방식에 그치지 않고, 에너지의 효율성과 지속 가능성을 극대화하는 방향으로 나아가고 있습니다. 향후 이 기술이 보편화되면, 전 세계적으로 에너지 생산의 패러다임을 전환할 것으로 예상되며, 저탄소 사회로 가는 중요한 이정표가 될 것이라는 기대가 높습니다.

2. SMR의 필요성 및 중요성

• 2-1. 원자력 산업의 발전 배경

• 원자력 산업은 1960년대 상업용 원자력 발전소의 개발 이후, 전 세계적으로 경제성이라는 패러다임을 중심으로 발전해 왔습니다. 초기에는 대규모 발전소가 건설되었고, 전력 수요 증가에 따라 출력을 점진적으로 증가시키는 경향을 보였습니다. 그러나 최근 몇 년간의 에너지 수급 불안정, 기후 변화, 안전성 우려 등의 요소로 인해 원자력 산업은 새로운 전환기를 맞이하고 있습니다.

• 현재, 많은 개발도상국과 중진국은 여전히 대용량 원전에 대한 선호를 보이고 있으나, 지리적으로 분산된 전력이 필요하거나 저전력 수요가 증가하는 지역에서는 소형 모듈형 원자로(SMR)의 필요성이 커지고 있습니다. IAEA(국제원자력기구)는 현재 50여 개의 SMR 개발 프로젝트를 파악하고 있으며, 미국, 중국, 러시아에서 활발한 개발 활동이 이루어지고 있습니다.

• 2-2. 현재 에너지 위기 상황

• 현재 세계 곳곳에서는 에너지 위기가 심화되고 있습니다. 특히, 탄소 배출을 줄이고 에너지 효율성을 높이기 위한 글로벌 노력의 일환으로 떠오르는 재생에너지는 발전의 간헐성으로 인해 안정적인 전력 공급을 보장하기 어렵습니다. 예를 들어, 풍력이나 태양광 발전은 기상 상황에 따라 발전량이 변동하는데, 이는 전력망의 불안정성을 초래하는 주요 요인입니다.

• 이러한 상황에서 SMR은 신재생 에너지원과 함께 활용될 수 있는 이상적인 백업 전원으로 주목받고 있습니다. SMR은 출시 시점이 유연하여 필요에 따라 출력을 조절할 수 있어 에너지 소비 수요에 적절히 대응할 수 있습니다. 예를 들어, 안정적인 전력 수요가 발생할 때 SMR을 통해 이탈제어를 하여 전력 공급의 신뢰성을 높일 수 있습니다.

• 2-3. 소형원전의 필요성과 적용 가능성

• 소형 모듈형 원자로는 대형 원전보다 안전성이 높아진 것은 물론, 설계와 운전의 효율성을 극대화하기 위한 다양한 혁신 기술들이 적용되고 있습니다. SMR은 복잡한 구조를 단순화하며 피동적 안전 시스템을 도입하여 사고 발생 시에도 안전을 유지할 수 있는 점이 큰 장점입니다. 예를 들어, NuScale Power사의 SMR은 자연 대류를 통해 원자로 내부의 냉각수를 순환시키며, 외부 전원이나 냉각수를 필요로 하지 않는 구조로 설계되었습니다.

• 또한, SMR은 공장에서 모듈화된 형태로 제작되어 현장 조립 시공이 용이하고, 전체 건설 기간도 단축될 수 있습니다. 이는 건설 비용을 낮추는 데 기여하며, 특히 Remote 지역이나 전력망이 미비한 지역에서도 쉽게 설치할 수 있는 장점이 있습니다. 따라서 SMR은 다양한 방식으로 에너지를 안정적으로 생산할 수 있는 가능성이 매우 높은 기술입니다.

3. SMR의 장점과 기존 원자력 발전소와의 비교

• 3-1. SMR의 경제성

• 소형 모듈형 원자로(SMR)는 경제적인 장점에서 특히 두드러진 특징을 보입니다. 첫째, SMR은 모듈식 건설 방식을 채택하여, 제작 후 현장에서 쉽게 조립할 수 있습니다. 이 덕분에 공사 기간과 비용을 절감할 수 있으며, 이는 투자자들에게 매력적인 요소입니다. 대형 원자력 발전소와 달리, SMR은 비교적 작은 부지에 설치할 수 있어 부지 확보의 부담을 덜 수 있습니다. 특히, 도시 근처나 전력 인프라가 부족한 지역에서도 유연하게 활용될 수 있습니다.

• 둘째, SMR은 필요한 전력을 정밀하게 조절할 수 있는 디자인을 가지고 있어 다양한 전력 수요를 충족할 수 있습니다. 대형 원전이 고정된 출력을 유지하는 것에 비해, SMR은 순간적으로 전력 출력을 증가시키거나 감소시킬 수 있어 신재생 에너지원과의 결합이 용이합니다. 이러한 유연성은 불확실한 에너지 시장에서 큰 경쟁력으로 작용할 수 있습니다.

• 3-2. 안전성 및 유연성

• SMR은 발전소의 안전성을 크게 높이는 디자인 요소를 갖추고 있습니다. 패시브 안전 시스템을 통해 외부 전원이나 추가적인 조작 없이도 자동으로 작동하여, 자연 대류나 중력만으로 열을 관리할 수 있습니다. 이 시스템 덕분에 대형 원전보다 훨씬 더 안전하게 설계되어 있으며, 사고 발생 시 손실을 최소화하는 데 크게 기여합니다. 대형 원전과 비교했을 때, SMR의 노심 손상 빈도는 매우 적어 안전성 면에서도 뛰어난 평가를 받고 있습니다.

• 또한 유연성 측면에서도 SMR은 기존 원자력 발전소보다 한층 더 개선되었습니다. SMR은 특정 지역의 전기 수요에 맞춰 여러 개의 모듈을 조합할 수 있어, 필요한 전력을 맞추기 쉬운 구조입니다. 예를 들어, 지역의 전력 수요가 급변하는 상황에서도 SMR은 효율적으로 결정을 할 수 있는 가능성을 제시합니다.

• 3-3. 대형 원전 대비 환경적 장점

• SMR은 환경 보호 측면에서도 뚜렷한 장점을 보이고 있습니다. 특히, CO2 배출이 거의 없는 청정 에너지원으로 간주되며, 기존 화석 연료를 대체하는 데 필수적인 역할을 할 수 있습니다. 이는 기후 변화에 대응하기 위한 글로벌 목표와도 잘 맞아떨어집니다.

• 대형 원전에 비해 SMR은 건설 및 운영에 따른 환경적 영향을 덜 미치기 때문에, 무분별한 환경 파괴를 예방하는 데 기여할 수 있습니다. 게다가 SMR의 설치 부지는 상대적으로 작아, 도시 근처나 오지에 이르기까지 다양한 장소에 태우고 설치할 수 있는 유연성을 가집니다. 이처럼 SMR은 지속 가능한 에너지 생산을 위한 중요한 대안으로 떠오르고 있습니다.

4. 국내외 SMR 개발 현황 및 기술 동향

• 4-1. 국제적 SMR 개발 현황

• 세계 곳곳에서 소형 모듈형 원자로(SMR)에 대한 개발이 활발히 진행되고 있습니다. 특히, 미국은 SMR의 상용화를 2030년으로 목표하고 있으며, NuScale Power사와 같은 기업들이 중심에서 활약하고 있습니다. 미국의 원자력 규제위원회(NRC)는 NuScale의 SMR 설계를 최초로 승인하였으며, 이는 SMR 기술의 신뢰성을 높이는 중요한 전환점입니다. 현재 NuScale은 UAMPS(Utah Associated Municipal Power System)와 협력하여 아이다호주에 SMR 원전을 건설 중에 있으며, 이 프로젝트는 2029년 상업 운전을 시작하는 것을 목표로 하고 있습니다. 또한, 미국 에너지국은 SMR 개발을 위한 다양한 지원 프로그램을 운영하고 있으며, 세계 원자력 시장에서의 리더십 회복을 위해 지속적인 자금 지원을 아끼지 않고 있습니다.

• 유럽과 아시아에서도 SMR 개발이 활발히 이루어지고 있습니다. 예를 들어, 영국에서 Rolls Royce는 SMR 설계 프로젝트를 진행하고 있으며, 캐나다에서는 SNC-Lavalin이 SMR 개발을 위한 기술 검토를 진행 중입니다. 특히, EU는 탄소중립 목표를 위한 중요한 요소로 SMR을 고려하고 있으며, 이는 SMR 기술의 해외 시장에서의 수출 가능성을 더욱 높이고 있습니다.

• 4-2. 한국의 SMR 관련 기업 및 기술력

• 한국은 SMR 개발 분야에 있어서 뛰어난 기술력과 경험을 보유하고 있습니다. 두산에너빌리티는 뉴스케일파워와 협력하여 SMR 프로젝트에 참여하고 있으며, 이는 한국의 SMR 기술 발전을 가속화하는 데 중요한 역할을 하고 있습니다. 두산에너빌리티는 뉴스케일파워의 SMR 원전에서 필요한 기자재를 공급할 예정이며, 2022년 하반기부터 초도 호기 제작에 착수할 계획입니다.

• 또한, 현대엔지니어링과 삼성물산 등도 SMR 사업에 참여하고 있으며, 한국의 원자력 기술은 세계적으로 인정받고 있습니다. 한국은 세계 최초로 소형 일체형 원자로에 대한 표준 설계 인가를 획득하여, SMR 개발에서 독창성과 창의력을 발휘하고 있습니다. 이러한 노력은 한국이 SMR 분야에서 글로벌 시장에서의 입지를 더욱 확고히 할 수 있는 기반이 됩니다.

• 4-3. NuScale Power사의 역할과 미래 전망

• NuScale Power사는 SMR 기술 분야에서 세계적인 선두주자로 자리 잡고 있으며, 2020년 NRC로부터 SMR 설계를 인증받은 최초의 경우가 되어 주목받고 있습니다. 이 회사는 최대 출력을 720MWe로 조절할 수 있는 모듈형 원자로를 설계하였으며, 이러한 유연한 출력 조절 능력은 간헐적인 재생에너지의 보완 역할을 할 수 있습니다.

• 향후 NuScale은 아이다호주 외에도 다수의 국가와 협력하여 SMR 원전을 건설할 계획을 세우고 있습니다. 특히, 루마니아와 같은 국가에서는 NuScale의 SMR 원전을 도입하기 위한 합의를 이미 체결하였으며, 이는 해당 국가의 에너지 안전성을 강화하는 중요한 계기가 될 것입니다. NuScale Power사는 또한 차세대 원자력 기술 개발에 대한 투자가 활발히 이루어지고 있는 가운데, 글로벌 SMR 시장에서의 경쟁력을 더욱 높여 갈 것으로 기대됩니다.

5. 결론 및 향후 전망

• 5-1. SMR의 장기적 시장 전망

• 소형 모듈형 원자로(SMR)는 에너지 수요와 기후변화 문제 해결을 위한 유망한 솔루션으로 부상하고 있습니다. 기존 대형 원전의 대체재로서 기능 가능성이 높고, 다양한 지역과 환경 조건에 적합한 소형 현대화된 원자로 개발이 진행되고 있습니다. 특히, 북미, 유럽 및 아시아 시장에서 SMR에 대한 투자 및 연구가 활발히 이루어지고 있어, 2030년까지 상용화를 목표로 한 계획들이 속속 정리되고 있습니다. 향후 SMR이 보편화되면, 에너지 생산의 효율성과 안정성을 높이고 탄소배출을 줄이는 데 기여할 것으로 기대됩니다.

• 5-2. 정책적 지원 및 산업 발전 방향

• SMR의 성공적인 상용화는 정부의 정책적 지원에 큰 좌우될 것입니다. 특히, 많은 국가들이 탄소 중립 목표를 달성하기 위해 원자력 에너지를 중요한 에너지원으로 간주하고 있기 때문에 이러한 지원이 SMR의 발전을 가속화할 것으로 전망합니다. 더불어, 정부와 산업 간의 협력이 필수적이며, 이는 동반 기술 발전와 투자 유치로 이어질 것입니다. 국내에서는 한국수력원자력과 다양한 기업들이 협력하여 혁신형 SMR 개발을 추진하고 있으며, 이를 통해 글로벌 시장에서의 경쟁력을 확보하는 데 기여할 것으로 예상됩니다.

• 5-3. 에너지 전환 과정에서의 SMR의 역할

• 에너지 전환이 가속화되는 환경에서 SMR은 중요한 역할을 수행할 것으로 보입니다. 특히 재생에너지의 간헐성 문제를 해결하는 데 SMR이 효율적으로 기여할 수 있습니다. 예를 들어, SMR의 유연한 출력 조절 기능은 재생에너지원과 함께 혼합되어 사용할 경우 신재생 에너지원의 불안정을 보완할 수 있는 거점이 될 것입니다. 이러한 과정에서 SMR은 에너지 생산 체계의 안정성을 높이고, 마지막 남은 화석 연료 종속성을 줄이며, 지속 가능한 미래 에너지원으로 자리 잡을 가능성이 큽니다.

결론

• 소형 모듈형 원자로(SMR)는 현대 사회가 직면한 에너지 위기와 기후 변화 문제를 해결하는 데 있어 중대한 기여를 할 수 있는 잠재력을 지니고 있습니다. 기존 대형 원자로에 대한 대안으로서의 SMR은 작은 전력 수요를 정밀히 조절하고, 에너지 생산의 안정성을 높이며, 탄소 배출을 최소화하는 데 기여할 것입니다. 특히, 다양한 환경에서 설치가 용이하고, 안전성이 강화된 SMR의 특성은 이를 글로벌 시장에서 필수적인 에너지원으로 자리잡게 할 것입니다.

• SMR의 성공적인 상용화를 위해서는 정부의 정책적 지원과 산업 내 협력이 필수적입니다. 특히 탄소 중립 목표 달성을 위해 많은 국가들이 원자력 에너지를 고려하고 있으므로, 이러한 지원은 SMR의 발전을 더욱 가속화할 것입니다. 또한, 한국을 포함한 여러 국가들의 기업들이 협력하여 혁신형 SMR 개발에 나서는 모습은 글로벌 시장에서의 경쟁력을 확보하는 데 중요한 역할을 할 것입니다.

• 결론적으로, SMR은 에너지 전환 과정에서 중요한 역할을 할 것으로 예상되며, 신재생 에너지원과의 결합을 통해 에너지 시스템의 불안정을 극복하는 데 기여할 수 있습니다. 이러한 특별한 기능을 통해 SMR은 지속 가능한 미래 에너지원으로 자리매김할 가능성이 큽니다. 앞으로 SMR의 발전과 확산이 이루어진다면, 이는 전 세계적으로 안전하고 효율적인 에너지 생산 방식으로 작용할 것입니다.

용어집

• 소형 모듈형 원자로(SMR) [기술]: 저전력 수요에 적합하게 설계된 원자로로, 안전성과 경제성을 중시하며 2030년 상용화를 목표로 하고 있는 최신 원자력 기술.

• 모듈식 건설 방식 [건설 방법]: 원자로의 각 모듈을 공장에서 제작한 후 현장에서 조립하여 설치하는 방식으로, 공사 기간과 비용을 줄이는 데 기여.

• 패시브 안전 시스템 [안전 기술]: 외부 전원 없이 자연 대류나 중력으로 열을 관리하여 사고 시에도 안전성을 유지할 수 있는 시스템.

• 체인 리액터 [원자로 유형]: 여러 개의 소형 원자로를 조합하여 전체적으로 필요한 전력을 안정적으로 공급할 수 있도록 설계된 원자로.

• IAEA [기관]: 국제원자력기구로, 전 세계 원자력 개발과 안전을 관리하며 SMR 프로젝트에 대한 데이터 제공.

• 탄소중립 목표 [정책 목표]: 온실가스 배출량을 줄여 탄소중립을 이루려는 목표로, 에너지 전환 및 SMR 기술의 중요성을 강조.

• NuScale Power [기업]: SMR 기술 분야의 선두주자로, 최초로 SMR 설계를 인증받은 기업이며 여러 국가와 협력하여 SMR 원전 개발 진행 중.

출처 문서

• 혁신형 SMR 개발 현황 및 목표http://www.keaj.kr/news/articleView.html?idxno=4097
• 글로벌물산업정보센터https://www.waterindustry.co.kr/enviro/enviro01.php?ptype=view&code=enviro01&idx=121116
• SMR(소형원전)의 미래와 국내외 관련주 - 세종기업데이터https://sejongdata.com/smr%EC%86%8C%ED%98%95%EC%9B%90%EC%A0%84%EC%9D%98-%EB%AF%B8%EB%9E%98%EC%99%80-%EA%B5%AD%EB%82%B4%EC%99%B8-%EA%B4%80%EB%A0%A8%EC%A3%BC/
• ‘소형 모듈 원자로 SMR’ 향후 10년간 세계 원전시장규모 600~900조원 예상http://www.conslove.co.kr/news/articleView.html?idxno=69184