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- 현재 전 세계적으로 약 440개의 원자력 발전소 가동 중
- SMR, 핵잠수함 추진용으로 1950년대 개발된 아이디어, 기술적 타당성 문제로 당시 실패
- 현재 서로 다른 제조업체에서 약 70개의 서로 다른 모델을 개발 중
- IAEA, 현재 상용 SMR이 운영되고 있지 않더라도 약 80개의 프로젝트가 계획, 건설 단계
- 중국에서 연구용 기동 중

SMR(Small Modular Reactors 소형모듈식 원자로)

기후 변화, 우크라이나 전쟁, 가스 위기:
변화무쌍한 시대에 안정적인 에너지원은 필수 불가결한 것 같다. 독일은 당분간 탈원전을 고수하고 있지만 프랑스, ​​중국, 미국 등 다른 나라들은 앞으로 원자력 발전에 더 집중하기를 원한다. 대한민국도 그 뒤를 따를 태세다. 그들의 희망은 주로 대형 원자력 발전소 에너지의 일부를 생산하는 소위 소형 모듈식 원자로에 있다. 이 기술은 어떻게 작동하며 실제 솔루션을 제공할 수 있을까? 

▲ 소규모 원자로는 원자력을 다시 사회적으로 수용할 수 있도록 하기 위한 것이다. 게티 이미지

현재 전 세계적으로 약 440개의 원자력 발전소가 가동되고 있다. 일반적으로 수천 와트의 전력을 공급하며 24시간 내내 공급되고 모니터링되어야 한다. 따라서 이러한 발전소의 사용은 특히 불안정한 전원 공급 장치와 같이 기반 시설이 취약한 지역에서 항상 안전한 것은 아니다. 분산되고 이론적으로 유지 관리가 적은 1950년대 나왔던 아이디어가 현재 부활할 수 있다. 바로 소형 모듈식 원자로다.

이 아이디어는 원래 핵잠수함 추진용으로 개발되었다. 오늘날에는 떠오르는 에너지 문제를 해결하는 데 도움을 주기 위해 주목 받고 있다. 그러나 작은 용융염 및 나트륨 반응기는 어떻게 작동할까? 운영자는 어떤 문제에 직면하게 될까?

에너지 위기 탈출? SMR이란 무엇이며 무엇을 약속할까?
기후변화가 진행되고 있지만 독일의 재생에너지 확대는 다소 느리게 진행되고 있다. 어떻게 해서든 화석연료를 없애기 위해서는 탈원전 연기가 현실적인 잠정적 해법으로 보인다는 주장도 있다. 미국이나 프랑스와 같은 다른 국가들도 기후 목표를 달성하기 위해 원자력에 더 의존하기를 원한다.

진입 장벽이 크다.
현재 30개국이 원자력을 생산하고 있다. 국제원자력기구(IAEA)에 따르면 20여 개국이 원자력 발전에 관심을 갖고 있다. 여기서 한 가지 문제가 있다. 이에 대한 전제 조건이 모든 지역에서 충족되는 것은 아니다. 이것은 매우 크고 정교한 원자로가 현재 건설되고 있다는 사실과 관련이 있다. 많은 공간을 차지할 뿐만 아니라 안전한 전기 및 물 공급과 같은 안정적인 기반 시설도 필요하다. 발전소의 안전을 보장하기 위해서는 인력 측면에서도 일정 수준의 전문성이 요구된다.

▲ Hinkley Point C(여기서는 모델)와 같은 현대 원자력 발전소는 비용이 많이 들고 잘 발달된 기반 시설이 필요하다. @gov.uk / gemeinfrei

이 모든 것 외에도 높은 투자 비용이 또 다른 장벽을 나타낸다. 현재 아직 건설 중인 Flamanville의 프랑스 원자력 발전소는 초기에 30억 유로로 추정되었지만 거의 200억 유로가 소요될 것으로 예상된다. 영국의 원자력 발전소 프로젝트 Hinkley Point C는 현재 거의 270억 유로로 추정되며 이는 비용 추정치보다 약 60억 유로가 더 높다.

모든 문제의 해결책은?
이 모든 것이 더 이상 SMR(Small Modular Reactor)의 문제가 아니다. 아이디어는 몇 개의 대형 원자력 발전소 대신 많은 소형 원자력 발전소가 사용되는 것이다. 그런 다음 이들은 전력의 일부를 분산적으로 제공하므로 위치 측면에서 더 유연할 뿐만 아니라 더 많은 보안을 제공해야 한다. 기본 개념은 새로운 것이 아니다. 1950년대 초반에는 소형 원자로 네트워크로 전원 공급을 확보하자는 아이디어가 있었지만 당시에는 기술적 타당성으로 인해 실패했다.

그러나 그 개념을 되살리려는 몇 번의 시도 끝에 이제 그것이 현실이 되는 것 같다. 현재 서로 다른 제조업체에서 약 70개의 서로 다른 모델을 개발 중이다. IAEA에 따르면 현재 상용 SMR이 운영되고 있지 않더라도 약 80개의 프로젝트가 계획 또는 건설 단계에 있다. 그러나 연구용 원자로는 이미 중국에서 가동에 들어갔고 2030년까지 연속 생산할 준비가 되어 있다.

다수의 소량 출력으로 대형 원자로 대체

평균적으로 이러한 소형 원자로는 100~300MW(메가와트)의 전력을 제공하지만 400MW 또는 30MW만 제공하는 모델도 있다. 반면에 세계에서 가장 큰 원자력 발전소는 최대 3,500MW를 제공하지만 평균은 1,500MW에 가깝다. 대략적으로 말하면 5~7개의 SMR로 기존 원자력 발전소를 대체할 수 있다.

현재 전 세계적으로 가동 중인 약 440개의 원자력 발전소를 교체하고 원자력 공급을 더욱 확대하려면 수천 개의 소규모 발전소를 제작해야 한다. 이 기술의 제공자에 따르면 이것은 개념의 모듈성으로 인해 문제가 되지 않아야 한다. SMR의 크기가 작기 때문에 조립 라인의 공장에서 생산돼 현장에서 조립되고 최종적으로 사용 장소로 운송될 수 있어야 한다. 시리즈 생산은 또한 경제적 효율성을 보장해야 한다. 

 

단순히 규모를 축소하고 있는 이미 널리 보급된 가압경수로 외에도 SMR은 주로 나트륨 냉각 및 용융염 원자로에 중점을 둔다. 이러한 개념은 어떻게 작동할까? (계속)

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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