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소형모듈원자로(SMR)의 현재와 미래: 기술 동향, 시장 전망, AI 최적용 전략

일반 리포트 2025년 05월 19일
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목차

  1. 요약
  2. SMR 기술 개요 및 글로벌 동향
  3. 한국의 SMR 개발 현황 및 전망
  4. SMR 시장 규모 및 경제성 분석
  5. AI 기술과 SMR: 적용 사례 및 전망
  6. 결론

1. 요약

  • 소형모듈원자로(SMR)는 2025년 5월 19일 현재, 에너지 전환과 탄소중립을 달성하기 위한 주요 기술로 주목받고 있다. SMR은 최대 출력 300MW 이하의 모듈화된 원자로로, 상대적으로 짧은 건설 기간과 경제적 효율성을 특징으로 한다. 이러한 기술은 대형 원전의 높은 초기 투자 부담을 줄이고, 다양한 운영 환경에서 그 장점을 발휘할 수 있는 가능성을 제공한다. 현 시점에서 북미와 유럽에서 SMR의 상업화가 활발히 진행되고 있으며, 특히 북미의 온타리오주에서 BWRX-300 모델을 기반으로 한 SMR이 2030년 가동을 목표로 건설되고 있다.

  • 한국정부는 SMR을 제11차 전력수급 기본계획에 포함시키고 2035년 상용화를 목표로 하고 있어, 두산에너빌리티는 주요 기자재 수주를 확대하며 이 분야에서 중요한 성과를 내고 있다. 시장 규모는 2022년 58억 달러에서 2032년까지 134억 달러로 성장할 것으로 예측되며, 이는 연평균 8.7%에 해당하는 성장률이다. 이러한 성장은 전 세계적으로 청정 에너지원에 대한 높아진 수요와 정부의 정책적 지원이 맞물린 결과로 볼 수 있다.

  • AI 기술의 도입은 SMR 설계와 운영에 새로운 혁신을 제공하고 있으며, 설계 최적화를 통해 초기 비용 및 시간을 단축하고, 운영 효율성을 향상시키는 중요한 역할을 하고 있다. 인공지능은 유지보수 비용 절감과 안전성 강화 측면에서도 긍정적인 영향을 미치고 있으며, SMR의 에너지 수요 조절에도 기여하고 있다. 이러한 전반적인 움직임은 SMR이 에너지 시장에서 차지하는 비중이 점차 확대될 것임을 시사하고 있다.

2. SMR 기술 개요 및 글로벌 동향

  • 2-1. SMR 정의와 특징

  • 소형모듈원자로(Small Modular Reactor, SMR)는 최대 출력이 300MW 이하인 원자로를 의미하며, 그 구조와 설계의 모듈화 덕분에 건설과 운영이 상대적으로 쉽게 이루어질 수 있다. SMR의 주된 특징은 크게 두 가지로 요약할 수 있다. 첫째, 공장에서 사전 제작된 모듈을 현장에서 조립함으로써 건설 기간이 획기적으로 단축될 수 있으며, 둘째, 필요시 모듈을 추가하여 발전 용량을 확장할 수 있는 유연성을 갖추었다. 이러한 설계는 대형 원전의 높은 초기 투자 비용과 긴 건설 시간을 대체할 수 있는 잠재력을 가지고 있다.

  • SMR의 또 다른 장점은 안전성이다. 많은 SMR 설계는 사고 발생 시 원자로 내부의 냉각 시스템이 외부 전원 없이 작동할 수 있도록 설계되어 있어, 자연 순환과 같은 피동형 안전 방식으로 운영된다. 이를 통해 대형 원전에 비해 사고 발생 가능성과 피해 규모를 줄일 수 있다. 또한, SMR은 전력 생산 외에도 해수 담수화, 수소 생산, 그리고 지역 난방 등 다양한 용도로 활용될 수 있어 에너지 시스템의 탈탄소화에 기여할 수 있는 잠재력이 있다.

  • 2-2. 각국 정부 지원 현황

  • SMR 개발을 위한 각국의 정부 지원은 매우 활발하다. 예를 들어, 미국 에너지부는 SMR 기술 개발에 12억 달러 이상을 투자했으며, 앞으로 10년 동안 추가로 55억 달러를 지원할 계획이다. 이는 SMR이 에너지 안보와 탄소중립 목표 달성을 위한 중요한 기술로 인식되고 있다는 점을 반영한다.

  • 유럽연합 집행위원회는 2030년대 초까지 유럽 내 SMR 개발을 촉진하기 위한 프로젝트를 시작했으며, 캐나다 정부 역시 SMR 프로젝트에 대한 강력한 지원을 약속했다. 이러한 국제적 협력은 각국의 SMR 기술 발전과 상용화를 가속화하는 데 중요한 역할을 하고 있다.

  • 2-3. 북미·유럽 첫 상업용 SMR 프로젝트

  • 2025년 정보를 기준으로, 북미에서는 온타리오주에서 BWRX-300 모델을 기반으로 한 SMR의 건설이 승인되었으며, 이는 북미 최초의 상업용 SMR 프로젝트로 2030년 가동을 목표로 하고 있다. 이 프로젝트는 원자력 발전의 새로운 패러다임을 제시하며, 탄소중립 목표 달성을 위한 중요한 이정표로 평가받고 있다.

  • 유럽에서는 여러 국가가 SMR 개발을 본격화하고 있으며, 특히 영국은 'Great British Nuclear' 계획을 통해 정부 주도로 SMR 개발을 추진하고 있다. 이러한 프로젝트들은 SMR 기술이 에너지 전환 시대의 핵심 강자가 될 수 있는 가능성을 보여준다.

  • 2-4. 대체 에너지와 비교 우위

  • SMR은 기존 대형 원전뿐만 아니라 다른 대체 에너지와 비교했을 때 여러 가지 강점을 보여준다. 첫째, SMR은 초저비용의 초기 투자와 짧은 건설 기간으로 낮은 재정적 장벽을 제공하며, 중소형 시장에도 쉽게 적용할 수 있는 유연성을 갖추고 있다.

  • 둘째, SMR은 발전 효율성이 높을 뿐만 아니라, 다양한 발열 공정을 통해 탄소 배출 없이 산업 부문을 탈탄소화하는 데 기여할 수 있다. 이러한 점에서 SMR은 재생 가능 에너지와의 조화로운 운영을 통해 안정적인 기저 전력을 유지할 수 있는 효율적인 솔루션으로 자리잡고 있다.

3. 한국의 SMR 개발 현황 및 전망

  • 3-1. 혁신형 SMR(i-SMR) 개발 일정

  • 한국의 혁신형 SMR(i-SMR) 개발은 2030년대 초반까지 완공을 목표로 하고 있으며, 2035년부터 본격적으로 상용화를 추진하고 있습니다. 현재 이 프로젝트는 한국원자력연구원, 한국수력원자력, 두산에너빌리티 등 여러 기관과 기업이 협력하여 진행하고 있습니다. i-SMR은 기존 원자력 기술을 바탕으로 안전성과 경제성을 크게 개선한 새로운 소형모듈원자로로, 패시브 안전 시스템과 모듈화 설계를 적용해 운영 효율성을 높이는 것을 목표로 하고 있습니다.

  • 3-2. 2035년 상용화 목표

  • 한국은 2035년을 목표로 SMR의 상용화를 추진하고 있으며, 이는 산업통상자원부의 제11차 전력수급 기본계획에 명시된 사항입니다. 2035-2036년에는 0.7GW 규모의 SMR 1기를 운영할 계획이며, 이는 국내 전력의 새로운 원천으로 자리잡을 가능성이 큽니다. SMR은 기존 대형 원전 대비 부지 사용이 적고, 설치 유연성이 높아 다양한 장소에 적합한 장점이 있어, 고립된 지역이나 인프라가 부족한 곳에서 중요한 전력 공급원으로 자리잡을 수 있습니다.

  • 3-3. 두산에너빌리티 기자재 수주 확대

  • 두산에너빌리티는 SMR 시장에서의 확장을 본격화하고 있으며, 2025년부터 매년 4조 원 이상의 대형 원전 기자재 수주를 기록할 것으로 예상됩니다. 이번 수주는 체코 원전, 중동 지역 기자재 공급, SMR 관련 기자재 등 다양한 프로젝트를 포함하고 있습니다. 두산에너빌리티는 이미 UAE 바라카 원전 프로젝트에서 성공적인 성과를 거두었으며, 이는 회사의 글로벌 원전 시장 입지를 강화하는 중요한 발판이 될 것입니다.

  • 3-4. 국내 인프라 및 규제 동향

  • 현재 한국은 SMR 개발과 관련하여 필요한 인프라와 규제 체계를 정비하고 있습니다. SMR의 안전성과 경제성을 보장하기 위한 규제 체계는 특히 중요한데, 이는 원전의 안전성 및 신뢰성 확보를 통해 공공의 우려를 감소시키기 위한 노력으로 볼 수 있습니다. 과학기술정보통신부는 SMR을 12개 차세대 미래 기술 중 하나로 선정하고, 이를 통해 정부 차원에서의 적극적인 지원을 예고하고 있습니다.

4. SMR 시장 규모 및 경제성 분석

  • 4-1. 글로벌 시장 성장률과 전망

  • 소형모듈원자로(SMR) 시장은 최근 몇 년 간 눈에 띄는 성장을 보이고 있으며, 이는 전 세계적으로 청정 에너지에 대한 수요 증가에 기인하고 있습니다. Allied Market Research의 보고서에 따르면, SMR 시장 규모는 2022년 58억 달러에서 2032년에는 134억 달러에 이를 것으로 예상되며, 이 기간 동안 연평균 8.7% 성장률(CAGR)을 기록할 것으로 보입니다. 이런 성장은 전 세계 정부가 탄소 감소 목표를 설정하고, 원자력 발전의 혁신을 장려하기 위한 정책을 추진하고 있는 것과 깊은 연관이 있습니다.

  • 4-2. 2032년 시장 규모 예측

  • SMR 시장은 다양한 요인들에 의해 성장이 기대되고 있으며, 특히 2032년까지 예상되는 시장 규모는 134억 달러입니다. 이는 과거 대형 원전의 높은 설치 비용과 긴 건설 기간을 해결할 수 있는 유연성과 경제성을 지닌 SMR의 특성으로 인해 가능합니다. SMR은 대형 원전보다 상대적으로 작고, 공장에서 미리 제작된 후 현장에서 쉽게 조립할 수 있어 여러 환경에서의 설치가 용이합니다.

  • 4-3. 투자 및 수익성 분석

  • 소형모듈원자로의 경제적 장점은 더 낮은 초기 자본 투자와 운영 비용에서 비롯됩니다. 대규모 원자력 발전소가 일반적으로 수십억 달러의 투자가 필요하지만, SMR은 크게 줄어든 자본비용으로 인해 신규 설치가 더욱 매력적으로 변모하고 있습니다. 이와 함께, SMR은 공장을 다양한 지역에서 운영할 수 있는 가능성을 가져오며, 특히도 중소형 전력망과 격리된 지역에서의 설치가 용이하다는 특성을 가지고 있어 빠르게 수익성을 확보할 수 있습니다.

  • 4-4. 경쟁 구도와 시장 선점 전략

  • SMR 시장에 대한 경쟁은 점차 치열해지고 있으며, 미국, 중국, 유럽 등 여러 국가에서 SMR 개발과 상용화에 박차를 가하고 있습니다. 특히, 한국은 2035년 상용화를 목표로 혁신형 SMR(i-SMR) 개발에 집중하고 있으며, 두산에너빌리티와 다른 기업들은 해외 SMR 기업에 대한 투자도 활발히 진행하고 있습니다. 이러한 노력은 글로벌 시장에서의 경쟁력을 강화하고, 시장 우위를 선점하는 데 중요한 역할을 하고 있습니다. 또한, 정부의 정책 지원과 개발 진전은 앞으로의 SMR 시장 트렌드에 큰 영향을 인 줄 귀결됩니다.

5. AI 기술과 SMR: 적용 사례 및 전망

  • 5-1. AI 기반 설계 최적화

  • AI 기술은 소형모듈원자로(SMR)의 설계에 최적화된 솔루션을 제공하는 데 중요한 역할을 수행하고 있다. 전통적으로 원자로 설계는 복잡한 변수와 조건을考慮해야 하는 작업이며, 이를 수동으로 처리하는 데는 시간이 많이 소요된다. 그러나 AI 알고리즘, 특히 기계학습과 최적화 기술을 활용하면 다양한 설계 변수를 동시에 고려하면서 최적화된 설계를 도출할 수 있다. 예를 들어, AI는 SMR의 열전달 효율이나 방사선 차폐 설계와 같은 복잡한 요소들을 실시간으로 분석하고, 이를 기반으로 보다 안전하고 효율적인 설계 방안을 제시할 수 있다. 이러한 AI 기반의 설계 최적화는 초기 단계에서부터 비용과 시간을 절감하고, 안전성의 향상으로 이어지는 긍정적 효과를 창출하게 된다.

  • 5-2. 운전 효율 및 유지보수 예측

  • AI 기술은 SMR 운영의 효율성을 높이는 데에도 기여하고 있다. 인공지능은 운영 데이터를 실시간으로 분석하여 발전소의 운전 효율성을 극대화할 수 있는 방안을 제시한다. 예를 들어, AI는 센서 데이터를 수집하여 SMR의 출력 상태를 지속적으로 모니터링하고, 이상 징후를 조기에 감지하여 운영자에게 경고할 수 있다. 또한, 예측 유지보수 기능도 중요한 발전 요소로, AI는 과거의 유지보수 데이터를 학습하여 고장 가능성을 예측하고, 이에 따라 선제적으로 필요한 유지보수를 계획할 수 있다. 이를 통해 다운타임을 줄이고 운영 비용을 효과적으로 관리할 수 있으며, 전체 시스템의 안정성을 향상시킨다.

  • 5-3. 에너지 수요 관리

  • AI는 SMR의 에너지 수요 관리에도 혁신적인 변화를 가져오고 있다. 기후 변화 및 재생 가능 에너지의 변화무쌍한 특성에 대응하기 위해, AI는 수요 예측 모델을 생성할 수 있다. 이는 SMR과 연결된 전력망의 부하를 최적화하고 이를 통해 전력의 공급과 소비를 효율적으로 조절하는 데 도움이 된다. 예를 들어, AI는 과거의 수요 패턴을 분석하여 특정 시간대에 필요한 전력량을 예측하고, 이를 기반으로 SMR의 출력 조정을 통해 안정적인 전력 공급을 유지할 수 있도록 지원한다. 이러한 기술 활용은 전력 시스템의 신뢰성을 높이고, 경제적인 운영을 가능하게 한다.

  • 5-4. 안전성 강화 방안

  • AI 기술은 SMR의 안전성을 대폭 강화하는 데 중요한 역할을 하고 있다. AI는 데이터 분석을 통해 잠재적인 사고 원인이나 위험 요소를 사전에 식별하고, 이를 관리할 수 있는 방안들을 제시한다. 예를 들어, 인공지능 기반의 시뮬레이션 기술을 통해 다양한 사고 시나리오를 모델링하고, 이를 바탕으로 비상 대응 프로토콜을 개선할 수 있다. 이는 SMR의 안전성을 높일 뿐만 아니라 공공의 신뢰를 더욱 강화하는 데 큰 도움이 된다. 더욱이, AI 시스템은 운영 중 발생하는 여러 가지 데이터를 분석하여 경고 및 알림 시스템을 구축해, 사고 가능성을 최소화하는 데 기여한다.

결론

  • 2025년 현재, 소형모듈원자로(SMR)는 탄소중립 목표와 에너지 안보 강화의 요구에 부응하는 필수적인 기술로 자리매김하고 있다. 시장 분석에 따르면, SMR 관련 시장 규모는 2032년까지 연평균 8.7% 성장하여 134억 달러에 도달할 것으로 예상되고 있으며, 한국은 2035년 상용화를 목표로 적극적인 노력을 기울이고 있다. 이는 국내의 두산에너빌리티 등이 국제 시장에서의 입지를 더욱 확고히 할 수 있는 기반이 된다.

  • AI 기술의 접목은 SMR의 운영 효율성과 안전성을 크게 향상시키는 중요한 요소로 작용하고 있으며, 이러한 혁신은 SMR 기술의 미래 성장 가능성을 더욱 확대하고 있다. 설계 최적화와 수요 관리 향상 등 다양한 분야에서 AI 응용의 확대는 전력을 안정적으로 공급할 수 있는 성과를 창출할 수 있게 해준다. 따라서 향후 SMR과 AI 융합을 위한 연구개발 투자 증가, 규제 샌드박스를 통한 혁신 촉진, 그리고 국제 협력 체계 강화가 필요하다는 점은 부인할 수 없는 사실이다.

  • 이러한 방향성은 SMR이 미래 에너지 시장의 중심으로 자리잡기 위한 필수적인 선행 조건이 될 것이며, 차세대 에너지 시스템에서의 지속가능한 해결책으로 기능할 것으로 기대된다.

용어집

  • 소형모듈원자로(SMR): 소형모듈원자로(Small Modular Reactor, SMR)는 최대 출력이 300MW 이하인 원자로로, 모듈화된 설계 덕분에 상대적으로 짧은 건설 기간과 경제적 효율성을 특징으로 한다. SMR은 공장에서 사전 제작된 모듈을 현장에서 조립하여 건설할 수 있으며, 필요한 경우 용량을 유연하게 확장할 수 있는 가능성을 지닌다.
  • AI 최적화: 인공지능(AI) 기술을 활용하여 SMR 설계 및 운영의 효율성을 극대화하는 과정이다. AI는 복잡한 설계 변수를 동시에 고려해 최적의 설계를 도출하며, 운전 효율성을 높이고 유지보수 비용을 절감하는 데 기여한다.
  • 탄소중립: 탄소중립이란 온실가스 배출량을 상쇄하기 위해 탄소 흡수와 배출량을 같게 만드는 것을 의미한다. SMR 기술은 낮은 탄소 배출로 청정 에너지 공급을 지원하며, 이를 통해 탄소중립 목표 달성에 기여하고자 한다.
  • 상용화: 기술이나 제품이 시장에 출시되어 상업적으로 운영되는 것을 의미한다. 한국은 2035년 SMR의 상용화를 목표로 하고 있으며, 이는 전력수급 기본계획에 포함되어 있다.
  • 혁신형 SMR(i-SMR): 한국에서 개발 중인 새로운 형태의 SMR로, 안전성과 경제성을 개선하기 위해 패시브 안전 시스템과 모듈화 설계를 적용하고 있다. i-SMR은 2030년대 초반까지 완공을 목표로 하고 있다.
  • 시장 규모: 특정 제품이나 서비스의 총 매출이나 판매량을 측정한 수치로, SMR 시장의 경우 2022년 58억 달러에서 2032년 134억 달러로 성장할 것으로 예상된다. 이는 연평균 8.7%의 성장률을 나타낸다.
  • 전력 수급 기본계획: 전국의 전력 수급과 관련된 장기적인 계획으로, 한국 정부의 전력 정책의 일환이다. 제11차 전력수급 기본계획은 SMR을 포함하여 향후 전력 공급 구조를 제시하고 있다.
  • 정부 지원 현황: 각국 정부가 SMR 기술 개발을 촉진하기 위해 제공하는 재정적 지원 및 정책적 노력을 의미한다. 미국 에너지부와 유럽연합 등에서 활발한 지원이 이루어지고 있다.
  • 운전 효율: 발전소의 원활한 운영을 위한 효율성을 의미하며, AI 활용을 통해 SMR의 운영 데이터를 분석하여 출력 상태를 모니터링하고 운전 효율성을 극대화할 수 있도록 한다.
  • 예측 유지보수: AI 기술을 활용하여 과거의 유지보수 데이터를 분석하고 고장 가능성을 예측하여 필요할 때 사전 유지보수를 계획하는 시스템이다. 이는 운영 비용을 줄이고 시스템의 안정성을 높이는 데 기여한다.
  • 자연 순환: SMR의 안전성을 높이기 위해 활용되는 피동형 안전 방식 중 하나로, 사고 발생 시 원자로 내부 냉각 시스템이 외부 전원 없이도 작동할 수 있도록 설계됐다.

출처 문서