산업기술/제조/경영

Nikkei Monozukuri_2023.2 특집 요약 (p33~55)

원자력 르네상스의 재현
에너지 안보 및 탈(脫)탄소 전원에 대한 기대

원자력 발전에 대한 관심이 다시 높아지고 있다. 그 배경에 있는 것은 에너지 안보에 대한 관심과 탄소중립 달성을 위한 탈탄소 전원으로서의 기대이다. 동일본 대지진을 계기로 강하게 추진되었던 탈원전은 지금 전환기를 맞이하고 있다. 과거의 '원자력 르네상스'는 과연 재현될 것인가? 화제의 소형 원자로와 혁신 경수로 등, 기업들의 신기술을 취재했다.

Part 1. 총론
완전히 바뀐 에너지 안보 및 탈(脫)탄소에 대한 평가, 신형 소형로와 혁신 경수로 각광

원자력 발전을 재평가하는 분위기가 갑자기 고조되고 있다. 러시아의 우크라이나 침공으로 증가되는 에너지 조달 리스크와 함께 2050년의 탄소중립을 달성하기 위한 탈탄소 전원으로 재인식되기 시작했기 때문이다. 국내에서는 2011년에 발생한 후쿠시마 제1원자력발전소 사고를 계기로 원자력 발전에 대한 기대는 일단 꺾였지만, 분위기가 바뀌기 시작했다.

최근 국내외 제조사들이 새로운 타입의 원자로에 대한 검토 및 개발을 추진하고 있으며, 세계적 대기업이 아니면 어렵다고 생각되었던 원자력 발전에 도전하는 스타트업 기업들도 등장하는 등, 원자력 발전을 둘러싼 움직임이 활발해지고 있다. 2022년 12월에는 정부의 GX(그린 트랜스포메이션) 실행회의가 폐지가 결정된 원자력 발전소의 재건 및 조건부 운전 기간 연장 방침을 제시했다.

이러한 상황은 과거의 ‘원자력 르네상스’를 방불케 한다. 원자력 르네상스란 2000년대에 미국과 유럽을 중심으로 일어난 원자력 발전을 재평가하는 움직임이다. 1986년 체르노빌 원자력 발전소 사고 등으로 1990년대 원자력 개발은 정체 기미를 보였지만, 2000년대 들어 에너지 수요 확대와 환경 문제 등을 배경으로 건설 계획이 급증했다. 현재의 세계적인 원자력 발전 회귀 움직임은 이러한 원자력 르네상스가 재현될 것이라는 예감을 불러 일으킨다.

-- 국내에서는 운전 연장과 재건인가? --
우선, 국내 원자력 발전 동향에 대해 살펴보자. 전술한 바와 같이 정부는 원자력 발전소의 재건과 가동 연장으로 방향을 틀었다. 이러한 방침 전환이 돌발적이었나라고 한다면 그렇지 않다.

당초 정부는 2021년 10월에 제시한 제6차 에너지 기본계획에서 2030년도 전원 구성에서 차지하는 원자력 비중을 20~22%로 한다는 목표를 내걸었다. 이것은 대형 경수로로 말하면 27기 분에 해당한다. 업계 단체인 일본원자력산업협회에서 기획 부장을 맡고 있는 후루쓰카(古塚) 씨는 “탄소중립 달성을 위해 원자력 비중이 숫자로 제시된 것은 큰 터닝포인트였다”라고 당시를 회상한다.

국내 원전의 운전 기간은 원칙적으로 40년, 최대 60년으로 정해져 있다. 정부의 이번 방침 전환은 이 제한을 유지하고 일정 정지 기간에 한해 추가적인 연장을 인정하는 것이다.

GX 실행회의에서 공유된 자료에 따르면, 원전의 운전 기간을 최대 60년으로 할 경우 국내에서 운전 가능한 원전은 현재의 36기(건설 중도 포함)에서 2050년에는 23기, 2060년에는 8기까지 감소한다. 한편, 국내 총전력 수요는 2030년 약 9,300억kWh에서 2050년 약 1.4조kWh까지 늘어날 것이라고 예측되고 있다. 원자력 발전 비율을 20%로 한다고 가정하면 40기가 필요하게 된다. 이것이 가동 기간 연장 및 재건이 필요한 이유 중 하나이다.

그렇다면 재건이나 신증설을 상정하면 어떤 원자로가 실제 선택지가 될까?

-- 주목 받는 소형 원자로 --
최근, 참신한 기술적 컨셉으로 주목을 끌고 있는 것이 ‘소형 모듈로(SMR)’이다. 기존의 대형 경수로와 비교해 1기 당 출력이 작고, 냉각 기능 등을 간소화할 수 있어 안전성을 높일 수 있다. 초기 건설 비용을 줄일 수 있을 것이라는 기대도 나오고 있다. 국가에 따라 SMR의 정의는 다양하지만, 국제원자력기구(IAEA)에 따르면 대체로 전기출력 300MW(30만kW) 이하의 원자로를 가리킨다.

국내에서는 후쿠시마 제1원전 사고를 계기로 대형 경수로의 안전성을 재검토하는 움직임이 확산되었다. 그러한 가운데, 전술한 바와 같은 특징을 가진 SMR이 새로운 선택지로서 부상되어 왔다. IAEA에 따르면, 세계적으로 약 70기 이상의 SMR이 개발되고 있다고 한다. 경수로형은 그 중 가장 실용화가 가까운 것으로 알려져 있다.

캐나다는 서방 국가 중 가장 빨리 SMR의 실용화에 성공할 것으로 보이는 나라 중 하나다. 2020년대 말에 캐나다의 온타리오주영전력회사(Ontario Power Generation)가 운전 개시를 예정하고 있다. 화로의 형식에는 미국의 GE 히타치 뉴클리어 에너지와 일본의 히타치 GE 뉴클리어 에너지(이바라키 현)가 공동으로 개발하는 비등수형(沸騰水型) 경수로(BWR)인 SMR ‘BWRX-300’가 선정되었다.

가압수형(加壓水型) 경수로(PWR)에서는 미국의 원자력 신흥기업 뉴스케일파워(NuScale Power)가 SMR을 복수 조합한 발전소 개발을 추진하고 있다. 뉴스케일파워의 원자력 발전 플랜트 ‘VOYGR’은 2020년대 말, 미국 에너지부(DOE)의 아이다호국립연구소에 건설될 계획이라고 한다. 닛키(一揮)홀딩스와 IHI 등 일본 기업들이 제조 및 건설에 참여한다는 의미에서도 VOYGR에 대한 주목도는 높다.

-- 대형 중공업 기업들이 개발하는 새로운 방식의 화로란? --
경수로형과는 다른 새로운 방식의 소형 원자로 제안도 잇따르고 있다. 기술적인 어려움 때문에 실용화는 조금 늦어질 것으로 보이지만, 국내에서도 대형 중공업 기업들이 신형 소형로 개발을 표명하고 있다.

노심(爐心) 냉각에 히트 파이프를 이용하는 것이 도시바에너지시스템즈(도시바ESS)가 개발하고 있는 ‘무브룩스(MoveluX)’이다(Part2: 소형 모듈로 히트 파이프 냉각로, 도시바ESS 참조). 소형이면서 열을 밖으로 추출할 수 있는 것이 특징으로, 연료 교환 없이 20년 간 가동한다. 도시바ESS는 “모든 장소에서 이용 가능한 고효율 원자력 배터리”라고 설명한다.

미쓰비시중공업이 2040년 운전 개시를 목표로 개발을 진행 중인 ‘마이크로 원자로’는 노심 냉각에 액체를 사용하지 않는 전고체 원자로이다. 노심 사이즈가 직경 1m×길이 2m로 트럭으로 운반할 수 있다(Part 2: 소형 모듈로 전고체 원자로, 미쓰비시중공업 참조). 가반성이 우수하기 때문에 고도(孤島)나 벽지, 재해시의 전원을 상정하고 있다.

종합자원에너지조사회의 혁신로워킹그룹(WG)의 공정표에 따르면, 국내에서의 SMR(소형 경수로형) 개발에 대해 2040년대에 실증 화로를 가동한다는 목표 시기가 제시되어 있다. 국내 원자력 관련 기업들은 우선, 해외의 SMR 건설 프로젝트에 참여하면서 기술을 연마할 방침이다.

대기업뿐 아니라 신흥기업들도 원자로 개발에 뛰어들기 시작했다. 원자력 개발은 규모가 장대하고 복잡하다는 이미지 때문에 대기업이 아니면 추진하기 어렵다고 여겨져 왔지만, 최근에는 이러한 상식을 뒤집는 신형로 개발을 전문으로 하는 스타트업 기업들도 나오고 있다.

2022년 4월에 창업한 블로썸에너지(Blossom Energy, 도쿄)는 고온 가스로(HTGR)의 상용화에 도전하고 있다(Part2: 소형 모듈로 고온 가스로, 블로썸에너지 참조). 블로썸에너지는 자체 생산 거점을 가지지 않는 ‘팹리스 업체’로, 소형의 고온 가스로 8기를 클러스터화한 발전소 개발을 추진하고 있다.

-- 차세대 원전의 유력 후보는 혁신 경수로--
다양한 방식 및 기업들이 등장하고 있는 SMR. 하지만 발전 비용을 고려하면 국내의 재건이나 신증설에서는 대형 경수로를 개량해 안전성을 높인 '혁신 경수로'가 주류가 될 것으로 보인다. 원자로 구조에 정통한 도쿄도시(東京都市)대학 이공학부 원자력안전공학과의 다카기(高木) 교수도 “원자력의 역사는 대형화의 역사이기도 하다.

경제성과 합리성을 추구해 온 결과가 대형화이고, 스케일 메리트가 떨어지는 SMR에서는 발전 단가가 상승한다고 생각하는 것이 자연스럽다”라고 지적한다. “원자력 대국인 프랑스 등에서도 주류는 대형 경수로라는 생각은 공통적”이라고 한다. (중공업 대기업)

이러한 혁신 경수로의 국내 운전 개시 시기는 앞에서 소개한 WG에서 공유된 공정표에 따르면 2030년대 중반을 목표로 하고 있다. 도시바ESS나 미쓰비시중공업과 같은 대형 중공업 기업들이 개발을 추진하고 있다.

-- 과제는 기술과 공급망 유지 --
혁신 경수로와 SMR 등 다양한 제안이 나오면서 활발한 움직임을 보이는 원자력 발전. 동일본 대지진 직후 ‘탈원전’을 외쳤던 시기와 비교하면 완전히 달라진 것 같다.

하지만 원자력발전소 건설은 하루아침에 시작할 수 있는 것은 아니다. 국내에서의 원전 신설은 10년 간 중단되었다. 플랜트 제조사들은 기술과 인력, 부품 공급 유지에 고심하고 있다. 특히 공급망은 한번 끊어지면 부활시키기 어렵다. 정부가 재건을 목표로 방향을 틀었다고는 하지만 구체적으로 어느 원자력 발전소를 갱신한다는 구체적인 계획은 아직 명시되지 않고 있다.
 

정부가 방침 전환을 표명하기 약 반년 전인 2022년 7월, 일본원자력산업협회는 ‘원자력 공급망의 유지·강화를 위한 제언에 대하여’라는 제목의 책자를 공표했다. 이 제언에 따르면, 최근 10년 간 원자력 사업에서 철수한 기업은 20개 사 정도. 그 중에는 가와사키중공업(川崎重工業)과 후루카와전기공업(古河電氣工業) 등 대기업들도 포함되어 있다.

국내 원자력 업계에서 핵심 기술을 담당하던 공급업체들의 철수도 잇따르고 있다. 2017년에는 BWR용 연료 피복관(被覆管) 제조사였던 지르코프로덕트(야마구치 현)가 파산. 이 부품은 현재 국내에서 조달할 수 없는 상황이 되었다. 2020년에는 압력용기와 터빈 부품을 공급하던 일본주단강(日本鋳鍛鋼, JCFC, 기타큐슈 시)이 폐업했다.

한편, 최근 10년 간의 국내 원자력 산업 전체의 매출은 약 1.9조엔의 보합세를 이어나가고 있다고 한다. 달라진 것은 그 내역이다. 일본원자력산업협회의 후루쓰카 씨는 “운전의 유지 보수와 신규 증설이 줄어든 대신 안전대책 공사와 관련 업무가 늘고 있다고 본다.

물론, 기존 원전의 안전대책이 중요하다는 것은 말할 필요도 없다. 그러나, 그것만으로는 제조업으로서의 원자력 산업은 쇠퇴하게 될 것이다. 공급망의 강화책이나 오랜 세월 과제로 여겨져온 방사성 폐기물 처리에 관한 구체적 대책을 내놓지 않는다면, SMR과 고온 가스로, 고속로와 같은 신형로 개발에 악영향을 미칠 수 있다.

사실 원자력 개발에서는 구 사회주의국가들이 앞서고 있다. 러시아의 국영 원자력 발전 기업인 로스에너고아톰(Rosenergoatom)은 2020년 5월, 경수로형의 SMR을 탑재한 부체식(浮體式) 원자력 발전소 ‘아카데믹 로모노소프(Akademik Lomonosov)’가 영업 운전을 개시했다고 발표했다. 중국에서도 2021년 12월, 산둥 성에 건설된 고온가스로 실증로 'HTR-PM'이 송전을 시작했다.

치열해지는 국제 경쟁과 재생 가능 에너지 보급 확대, 보다 높은 안전 대책에 대한 요구 등, 탈원전이 후퇴하면서 원자력발전이 다시 평가 받게 되었다고는 하지만 원자력 르네상스로 불렸던 20년 전과는 상황이 크게 달라졌다.

-- 끝 --

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