소형 모듈형 원자로(SMR): 안전성과 경제성을 갖춘 차세대 원자력 발전의 미래

1. 요약

• 소형 모듈형 원자로(SMR)는 현대 원자력 산업의 혁신적인 발전으로, 에너지의 안정적 공급과 기후 변화 대응의 두 가지 중요한 문제를 동시에 해결할 수 있는 이상적인 솔루션으로 자리 잡고 있습니다. 본 컨텐츠에서는 SMR의 개발 현황, 그 기술적 장점, 그리고 세계적인 동향에 대해 심층적으로 분석합니다. 최근 들어 에너지 수급의 불안정성이 증가하고, 지속 가능한 발전이 세계적으로 요구되는 상황에서 SMR의 필요성이 더욱 강조되고 있습니다. SMR은 전통적인 대형 원전의 안전성 문제를 해소하며, 상대적으로 낮은 투자 비용과 짧은 건설 기간으로 많은 국가와 지역에서 주목받고 있습니다. 특히, 개발도상국과 중진국에서 소형 원자로의 도입은 전력 공급의 안정성을 높이고, 탄소 배출을 줄이는 데 있어 중요한 역할을 할 것으로 기대되고 있습니다. 이러한 배경 속에서 SMR은 국내외에서 다양한 프로젝트와 투자로 이어지고 있으며, 관련 기술의 발전이 가속화되고 있습니다. 따라서, SMR 기술의 활용은 앞으로의 에너지 산업을 형성하는 데 큰 영향을 미칠 것이며, 전세계적으로도 그 중요성이 확대될 것입니다.

2. SMR이 대두되는 배경

• 2-1. 원자력 산업의 역사

• 원자력 산업은 1960년대 상업용 원자력발전소가 개발되면서 본격적으로 시작되었습니다. 초기에는 대형 원자로들이 만들어져 대규모 전력 생산에 기여했으나, 시간이 지나면서 원자로의 안전성 문제 및 대형 원전에 대한 의존도가 높아짐에 따라 기술적 한계가 드러나기 시작했습니다. 특히 1986년 체르노빌 원전 사고와 2011년 후쿠시마 제1원전 사고는 원자력 발전의 위험성에 대한 사회적 경각심을 촉발시켰습니다. 이러한 사고 이후, 새로운 안전기술과 소형 원자로의 개발이 중요성이 대두됐고, 결과적으로 SMR(소형 모듈형 원자로)이 주목받게 되었습니다.

• 2-2. 전력 수요 증가와 투자 리스크

• 현재 세계적으로 전력 수요가 급격히 증가하고 있습니다. 특히 개발도상국 및 중진국에서는 전력 수요가 크게 늘어나고 있는 상황입니다. 이로 인해 안정적이고 저렴한 전력 생산을 위한 원자력의 필요성이 더욱 강조되고 있습니다. 그러나 대형 원전 건설에 따른 높은 투자 리스크와 긴 건설 기간은 많은 국가들이 SMR로 눈을 돌리게 만든 요인 중 하나입니다. SMR은 소형화 및 모듈화를 통해 낮은 투자 비용과 상대적으로 짧은 건설 기간을 제공할 수 있어 대안으로서의 매력을 지니고 있습니다. 또한, 건설 비용의 감소뿐만 아니라, 운영 중 발생할 수 있는 문제에 대처하기 용이한 장점이 있습니다.

• 2-3. 개발도상국 및 중진국에서의 SMR의 필요성

• 개발도상국과 중진국은 전력 수급의 불안정성과 기후 변화에 대응할 필요성이 커지고 있습니다. 이들 국가에서는 소규모로 안정적이고 지속가능한 전력 공급이 어려운 상황이 많습니다. SMR은 작은 투자 리스크와 저렴한 유지 관리 비용으로 이러한 지역에 최적화된 솔루션을 제공합니다. 예를 들어, SMR은 한정된 공간에서의 설치가 가능하며, 전력 수요에 따라 유연하게 운영할 수 있는 특징이 있습니다. 또한, SMR은 친환경적인 전력원으로서 화석 연료의 사용을 축소하고 탄소 배출을 낮추는 데 기여할 수 있어, 세계적으로 탄소중립 목표를 갖고 있는 국가들에게도 적합한 옵션입니다. 이러한 이유로, SMR은 개발도상국 및 중진국에서 필수적인 에너지원으로 자리매김할 가능성이 높습니다.

3. SMR 기술의 진화와 장점

• 3-1. SMR의 정의 및 특징

• 소형 모듈형 원자로(SMR, Small Modular Reactor)는 전통적인 대형 원자력 발전소와 비교하여 상대적으로 작고, 모듈화된 형태로 제작되는 원자로입니다. SMR은 일반적으로 300MW 이하의 전력 출력을 목표로 하며, 이는 특정 지역의 전력 수요에 맞춰 유연하게 운용될 수 있는 장점을 제공합니다. 구성 요소가 통합되어 있어 설계가 단순화되며, 건설 및 운영 과정에서 필요한 면적을 줄일 수 있습니다. 이러한 특징 덕분에 SMR은 도시 근처 및 외진 지역에서도 설치할 수 있는 가능성이 높아, 다양한 애플리케이션이 가능합니다.

• 3-2. 대형 원전과의 비교

• SMR은 대형 원자력 발전소와 여러 면에서 차별화된 장점을 지닙니다. 첫째, SMR은 작은 크기 덕분에 상대적으로 짧은 건설 기간과 비용을 자랑합니다. 대형 원전은 건설 과정에서 많은 부지가 필요하며, 복잡한 시설을 구축해야 하지만, SMR은 모듈화를 통해 공장에서 사전 제작 후 현장에서 조립이 가능하여 이로 인해 전체 프로젝트의 리스크를 줄일 수 있습니다.

• 둘째, SMR의 안전성은 패시브 안전 시스템에 기반하고 있습니다. 이는 외부 전원이나 인간의 개입 없이도 자연적인 방식으로 열을 제거할 수 있는 시스템으로, 대형 원전보다 훨씬 안전하다는 평가를 받습니다. 이러한 디자인은 사고 발생 시에도 기본적으로 안전성을 유지할 수 있도록 설계되어 있습니다.

• 3-3. 안전성, 경제성, 유연성

• SMR의 가장 뚜렷한 장점 중 하나는 안전성입니다. SMR은 피동형 설계(즉, 사고 발생 시 인적 개입 없이 안전성을 유지하는 설계)를 사용하여 냉각 시스템이 자율적으로 작동하도록 되어 있습니다. 이러한 기술은 대형 원전과 비교해 중대 사고 발생 빈도를 크게 줄이는 효과를 가져옵니다. 예를 들어, NuScale SMR의 중대 사고 발생 빈도는 10억년당 1회로 평가되고 있습니다.

• 경제성 측면에서 SMR은 건설 및 운영 비용에서 대형 원전에 비해 유리한 측면이 많습니다. 모듈단위로 제작 및 설치가 가능하여, 특정 지역의 전력 수요에 맞춰 생산량을 조절할 수 있어 더욱 경제적입니다. 예측에 따르면 SMR 시장은 향후 2030년까지 연평균 10% 이상의 성장률을 기록할 것으로 전망되어, 이는 경제적 기회로 작용할 것입니다.

• 마지막으로, 유연성 또한 SMR의 큰 장점입니다. SMR은 필요에 따라 여러 모듈을 조합하여 전력 출력을 조정할 수 있습니다. 또한, 신재생 에너지와의 조화를 통해 전력 수요에 맞춰 출력 조절이 가능하여, 간헐적인 신재생 에너지의 백업 전원으로서 중요한 역할을 할 것입니다.

4. 세계 SMR 개발 현황 및 투자 동향

• 4-1. 미국의 SMR 개발 로드맵

• 미국은 소형 모듈형 원자로(SMR) 기술의 개발에 있어 확고한 국가 전략을 수립하고 있습니다. 미국 에너지부는 2012년부터 SMR 기술 허가 지원 프로그램을 운영하며, SMR 개발을 위한 공모를 진행하였습니다. 이 프로그램에 선정된 여러 기업들은 각각 45~225㎿e 규모의 SMR 개발에 참여하게 되었습니다. 이러한 노력의 일환으로, NuScale Power, Babcock & Wilcox, Holtec, Westinghouse 등 주요 기업들이 SMR 개발에 나서고 있으며, NuScale Power는 2020년 8월에 최초로 미국 원자력 규제위원회(NRC)로부터 SMR 설계 인증을 받은 바 있습니다. SMR 개발 프로젝트는 미국 내에서 2030년 상용화를 목표로, 에너지 수급 불안정 문제에 대한 대안으로 점점 더 중요한 역할을 맡고 있습니다.

• 4-2. NuScale Power사의 역할

• NuScale Power는 미국 SMR 개발의 선두주자로, 2013년 NRC로부터 SMR 설계 인증을 받았습니다. 이들은 경수로형 원자로를 기반으로 하여 모듈 단위로 전력을 생산할 수 있는 유연성을 갖추고 있습니다. 각 모듈은 60㎿e의 전력을 생산할 수 있으며, 최대 12개 모듈이 연결될 경우 총 720㎿e까지 출력을 조절할 수 있습니다. NuScale은 현재 아이다호주에 위치한 UAMPS 프로젝트에 참여하고 있으며, 이 프로젝트는 2025년 착공하여 2029년 상업 운전을 목표로 하고 있습니다. NuScale의 SMR은 탄소 배출 없이 신재생 에너지의 간헐성을 보완할 수 있는 중요한 백업 전원 역할을 할 것으로 기대됩니다.

• 4-3. 한국 중공업사의 참여 및 협력

• 한국의 두산에너빌리티는 NuScale Power와의 협력을 통해 SMR 프로젝트에 뛰어들고 있습니다. 2022년 두산은 NuScale Power의 SMR 모델 제작에 참여하기 위해 1억 380만 달러를 투자하였고, 이로 인해 두산은 SMR 관련 기자재 공급권을 확보했습니다. 이는 한국 기업들이 미국 및 글로벌 시장에서 SMR 개발에 적극적으로 참여하고 있음을 보여줍니다. 한국의 원자력 기술은 우수성을 인정받아 SMR 세계 시장에서도 경쟁력을 발휘하고 있으며, 앞으로의 투자와 파트너십을 통해 더 많은 기회를 모색할 것으로 기대됩니다. 특히, 한국 기업들은 해외 SMR 건설 프로젝트에도 적극 참여하고 있으며, 이는 한국의 원자력 산업 생태계에 긍정적인 영향을 미칠 것입니다.

5. SMR의 미래와 시장 전망

• 5-1. 향후 10년간 SMR 시장의 성장 예측

• 소형 모듈형 원자로(SMR)의 시장 전망은 매우 밝습니다. 향후 10년간 세계 원전시장은 약 600조 원에서 900조 원 사이의 규모로 성장할 것으로 예상됩니다. SMR은 기존의 대형 원전과 비교해 안전성과 경제성이 뛰어나고, 특히 작은 규모의 전력 수요를 충족시키기 위한 해결책으로 부상하고 있습니다. 예를 들어, OECD/NEA의 보고서에 의하면 2035년까지 최대 21GWe의 SMR이 건설될 것으로 전망되고 있으며, 2040년까지는 34GWe에 달할 것으로 예측됩니다. 이러한 성장세는 기후 변화 대응의 필요성, 에너지 공급의 안정성, 그리고 개발도상국 및 중진국에서의 전력 수요 증가 등 다양한 요인에 기인하고 있습니다.

• 5-2. 기후 변화 대응에서 SMR의 역할

• SMR은 이산화탄소 배출이 없는 청정 전원으로서 기후 변화 대응에 있어 중요한 역할을 맡고 있습니다. SMR은 대형 원전 대비 운영과 안전성 측면에서 혁신적인 설계를 채택하여, 사고 발생 시에도 안전성을 유지할 수 있는 피동형 설계를 적용하고 있습니다. 이는 자연재해나 외부 전원 차단 상황에서도 안정적으로 작동할 수 있는 특성을 지니고 있습니다. 또한, SMR은 신재생 에너지의 간헐성을 보완하는 벤치마크 전원으로 고려되며, 풍력이나 태양광 발전과의 조합을 통해 전력 수요에 안정적으로 대응할 수 있는 장점이 있습니다.

• 5-3. 글로벌 원전시장과의 연계성

• SMR의 성장 추세는 글로벌 원전시장과 밀접하게 연관되어 있습니다. 미국, 영국, 캐나다, 요르단, 그리고 루마니아 등 다양한 국가에서 SMR 개발이 활발히 이루어지고 있으며, NuScale Power사의 SMR은 그 중 선도적인 위치를 차지하고 있습니다. 미국 정부는 SMR 시장의 확대를 위해 다양한 지원 및 정책을 펴고 있으며, 이는 전 세계 원전시장으로의 파급 효과를 가져올 것입니다. 특히, 두산중공업과 같은 한국 기업들도 NuScale의 SMR 프로젝트에 참여하여, 국내외에서 선도적인 역할을 할 전망입니다. 이와 같은 글로벌 시장의 연계성은 SMR의 상용화 및 국제 협력의 가능성을 더욱 높이고 있습니다.

결론

• 결론적으로, 소형 모듈형 원자로(SMR)는 에너지 산업의 미래를 선도할 가능성이 큽니다. SMR은 안전성, 경제성, 그리고 유연성을 바탕으로 기후 변화 대응 및 안정적인 전력 수급의 효과적인 해법을 제공합니다. 특히, 기술 발전이 가속화되고 정부의 지원이 뒷받침된다면, SMR의 상용화는 더욱 가시화될 것입니다. 이는 원자력 발전의 새로운 시대를 열고, 에너지의 지속 가능한 미래를 구축하는 데 기여하게 될 것입니다. 향후 SMR 기술의 발전 동향을 주의 깊게 살펴보아야 하며, 이를 통한 새로운 기회와 도전 과제를 인식할 필요가 있습니다. SMR은 단순한 발전 기술을 넘어, 전세계적으로 기후 위험에 대응할 수 있는 혁신적인 에너지 솔루션으로 자리매김할 가능성이 높습니다. 따라서, 향후 에너지 정책 및 투자 결정을 내리는 데 있어 SMR의 역할과 필요성을 깊이 이해하고 반영해야 할 것입니다.

용어집

• 소형 모듈형 원자로(SMR) [기술]: 상대적으로 작고 모듈화된 형태로 제작되는 원자로로, 일반적으로 300MW 이하의 전력 출력을 목표로 하며 유연하게 운용될 수 있는 특성을 가집니다.

• 패시브 안전 시스템 [안전 기술]: 외부 전원이나 인간의 개입 없이도 자연적인 방식으로 열을 제거할 수 있는 시스템으로, 사고 발생 시에도 안전성을 유지할 수 있도록 설계되어 있습니다.

• 투자 리스크 [경제]: 특정 프로젝트나 투자의 성공 여부에 대한 불확실성을 의미하며, 대형 원전 건설에서의 높은 투자 리스크는 SMR의 대안으로의 전환 요인 중 하나입니다.

• 모듈화 [개발 방식]: 구성 요소를 독립적인 모듈로 제작하여 현장에서 조립하는 방식으로, 전체 건설 및 운영 기간을 단축하고 리스크를 줄이는 데 기여합니다.

• 탄소중립 목표 [환경]: 탄소 배출을 줄여 지구의 균형을 맞추려는 목표로, SMR은 친환경적인 전력원으로서 이 목표를 지원하는 해결책으로 인식되고 있습니다.

• 신재생 에너지 [에너지]: 자연에서 재생 가능한 자원으로부터 생성되는 에너지를 의미하며, SMR은 신재생 에너지의 간헐성을 보완하는 중요한 역할을 할 수 있습니다.

• 경수로형 원자로 [기술]: SMR의 한 유형으로, 경수를 냉각재로 사용하는 원자로를 의미하며, 효율적인 전력 생산이 가능합니다.

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