국내 소형모듈원자로의개발 전망

국내 소형모듈원자로의 개발 전망

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<목차>

 

1. SMR의 필요성 및 특징

2. 국내외 SMR 개발 현황

3. 국내 혁신형 SMR 개발 계획

4. 혁신형 SMR의 전망

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1. SMR의 필요성 및 특징

 

 

소형모듈원자로(Small Modular Reactor, SMR)는 원자로 모듈의 공장 생산이 가능한 전기출력 300MWe 미만의 원자로를 말한다. 2011년 후쿠시마 사고 이후 원자력발전의 국제 안전기준 강화와 함께 원자력 이용의 안전성 제고에 대한 사회적 요구가 증가하며 일반인 눈높이 수준의 안전성을 확보하지 않고는 사회적 수용성에 한계가 있다. 또한 탄소중립이 전 세계적 화두인 상황에서 재생에너지원과의 공존이 용이하고 대형원전 대비 작은 발전용량으로 초기 투자부담이 작고, 필요에 따라 용량의 추가와 출력의 탄력적 조절이 쉬운 전력원인 SMR의 개발 필요성이 대두되고 있다.

SMR은 계통단순화 및 일체형 원자로 등의 기술을 도입하여 안전성이 획기적으로 향상되며, 기존 발전원 중심의 활용 외에 다양한 산업적 활용이 가능하다. 대형원전 대비 초기 투자비용 부담이 작아 전력 그리드가 작은 국가의 신규 발전원은 물론 노후 화력발전 대체, 고립·해안·도서 지역의 분산발전 등의 발전원으로서의 활용 범위를 확대할 수 있고, 발전원 외에 산업공정열, 해수담수화, 수소생산 등 다양한 산업적 활용도 가능하다.

 

<그림 1> 새로운 원자력 에너지 기술로서 SMR의 특징

 

 

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2. 국내외 SMR 개발 현황

 

최근 유럽 녹색분류체계(EU Taxonomy)에 원자력이 조건부로 포함되었고, 국제에너지기구(International Energy Agency, IEA)에 따르면 원자력에서 SMR의 비중은 꾸준히 증가할 것으로 예상되며, 미국의 NuScale을 필두로 2020년 현재 전 세계적으로 약 70여 종의 SMR을 개발 중이다. 특히 미국, 영국, 러시아 등 원전 선진국에서는 장기 가동 원전 대체, 탄소중립 목표달성, 오지·해양 등 특수목적의 활용, 2030년대 글로벌 원전시장 선도를 위하여 SMR 기술개발 및 실용화에 적극적으로 투자하고 있다.

국내외 SMR 관련 정책 및 기술개발 동향과 SMR의 시장현황 및 전망을 분석한 결과, 해외 원전 선진국에서 2030년대 상업운전을 위해 개발 중인 주요 노형은 제3+세대 경수로형으로, 이에 적용된 주요 핵심기술은 대형냉각재상실사고 배제를 위한 일체형 원자로 기술, 정전 시에도 안전한 상태를 유지할 수 있는 완전 피동형 안전계통 설계기술, 건설공기 단축을 위한 구조 및 설비 모듈화 기술, 재생에너지 연계를 위한 탄력운전 설계기술, 복수 모듈 배치 및 통합 제어 기술 등이 있다.

 

국내에서는 제5차 원자력진흥종합계획 수립 이후 ‘미래원자력기술 발전전략’(2017.12), ‘원전 全주기 수출활성화 방안’(2019.9), 제9차 원자력진흥위원회(2019.12)를 통해 지속적으로 SMR 기술개발 및 수출산업화를 지원해 왔으며 이를 통해 SMR 연구개발이 수행되어 왔다.

1997년 한국형 소형원자로 기술개발에 착수하여 2012년 세계 최초로 소형원자로 SMART의 표준설계 인가를 취득하며 소형원자로 원천기술을 확보했고, ‘한국-사우디아라비아 SMART 공동파트너십 추진 MOU’ 체결을 바탕으로, ‘SMART 기술 공유 및 사우디아라비아 내 첫 호기 건설을 위한 공동 설계’를 완료하고 글로벌 상용화를 추진 중이다.

그러나 최근 주요국의 SMR 기술개발 가속화로 한국형 소형원자로 SMART로는 2030년 이후의 글로벌 SMR 시장에서 수출경쟁력 확보에 한계가 있어, 이러한 한계를 극복하기 위해 SMART 기술을 바탕으로 목표시장을 전력시장으로 재설정하고 모듈화 설계를 통한 유연성 제고 및 중대사고 발생 가능성을 실질적으로 배제할 수 있는 혁신적인 신기술 적용을 통한 혁신형 SMR 개발이 필요하다.

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3. 국내 혁신형 SMR 개발 계획

2030년대 글로벌 SMR 시장 선도를 목표로 경쟁력이 탁월한 고유의 혁신형 SMR 설계는 3단계 추진계획(안)에 따라 개념/기본설계(선행연구)→표준설계→표준설계인가의 단계로 추진하고 있다. 이에 ‘혁신형 소형모듈원자로(i-SMR) 기술개발 사업’은 국내 원자력 산업계 및 연구계 주도로 개발된 ‘혁신형 SMR 개념/기본설계’를 토대로 혁신형 SMR 개발을 위한 3단계 설계 계획 중 표준설계와 표준설계인가 취득을 사업범위로 설정하고 예비타당성 조사를 통해 추진하고자 한다.

본 사업은 세계 SMR 시장에서 요구되는 안전성·경제성·유연성이 향상된 혁신형 SMR의 핵심기술을 개발하고, 2028년까지 표준설계 및 기술검증을 완료하는 연구개발 사업이다. 혁신형 SMR은 ①원자로 계통을 단순화하고 피동안전성이 뛰어난 원자로를 실현함으로써 안전성의 비약적 향상 ②단순화된 모듈의 공장제작을 통한 건설비용 절감 및 건설기간 단축을 통해 대형원전 동등수준의 경제성 확보 ③모듈화 설계를 통해 고객의 다양한 요구에 맞춘 출력규모 구현이 가능하고, 발전원 외에 공정열 공급, 담수 생산 등 다양한 산업적 활용이 가능하도록 개발되어야 한다.

이를 달성하기 위해서는 무한냉각, 내장형제어봉구동장치, 혁신핵연료 등의 안전성 혁신기술, 모듈화 기술, 디지털트윈기술, 통합제어실 도입, 혁신제조기술 등의 경제성 혁신기술, 자율운전, 재생에너지 연계기술, 무붕산운전 등의 유연성 혁신기술 개발이 필요하며 이러한 혁신기술이 반영된 원자로에 대한 표준설계 개발 및 기술검증이 필요하다.

                                                                       <표 2> 혁신형 SMR 설계 추진계획(안)

따라서 최상위 설계요건을 만족하는 설계분야별 핵심요소기술과 건설공기 단축 및 표준설계 완성을 위해 필요한 혁신제조기술을 포함한 10대 핵심기술을 도출하였다.

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4. 혁신형 SMR의 전망

 

이미 우리나라는 국내 독자기술로 3세대 경수형 원자로를 개발하고, 국내 상용화 및 해외 수출을 달성하는 등 원전 분야에서 세계 최고 수준의 경쟁력을 보유하고 있으며, 제조 및 시공 경험에서도 우수성을 인정받아 해외 원전 개발사들도 협력을 요청하는 상황이다.

우리는 APR1400을 아랍에미리트(UAE)에 수출하여 2021년 상업운전을 개시하였고, 미국 원자력 규제위원회(Nuclear Regulatory Commission, NRC) 표준설계인증(Design Certification, DC)과 유럽사업자요건(European Utility Requirements, EUR) 인증을 취득하였다. 또한 일체형 소형원자로 SMART를 개발하여 세계 최초로 표준설계인가를 취득하는 등 선제 기술개발을 통해 원천기술을 확보하였다. 이를 기반으로 2030년대 글로벌 SMR 시장을 선도하기 위해서는 미래 경쟁력이 확보된 수출전략형 SMR의 개발이 필요하다.

본 혁신형 SMR 개발 사업이 차질 없이 수행된다면 2030년 SMR 시장에 진입이 가능할 것으로 예상되며, 대형원전과 함께 SMR의 수출 상품화를 통해 국내 원자력 산업의 수출 다각화로 산업 활성화에 기여할 것이다.

 

 

<표 3> 유연성

 

5. 참고

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저자

 

한국에너지기술평가원 원자력PD