에너지전환정책 도입 전후의 산업 내 환경변화를 확인하고, 이에 따른 정부와 주요 공기업이 산업부문과 인력부문에서 각각 추진하고 있는 다양한 정책 및 지원 프로그램을 공유하여 원전산업 유지 및 지속가능성 확보를 위한 노력을 공유해야 한다.
중소기업 품질시스템 구축지원사업 운영, 해외 판로개척 지원, 원전 중소협력기업 간담회 개최, 원전 수출기업 해외인증 지원사업 시행, 동반성장 지원사업 정보 제공, 정책자금 활용 안내 등 정부 및 전력공기업의 산업 생태계 유지를 위한 다양한 프로그램 안내
국내 원전산업의 패러다임 전환에 따른 연구개발 중점 설정과 원전해체, 사용후핵연료 관리, 중소형 원자로, 방사선 의료, 해양 및 선박산업과 핵융합까지 분야별 사업다각화 추진을 통하여 원자력산업 생태계를 활성화시키고자 한다.
원자력발전소 건설 프로젝트는 이를 위한 자금조달 과정에서의 특성으로 현재 많은 어려움을 겪고 있다. 향후 추가적인 발전을 위해서는 자금구조의 형성과 value engineering에 있어 융통성을 가지는 전략을 세워야 한다.
원자력산업 분야에서의 AI 적용을 말하기 전, AI의 정의에 대해 이야기하고자 함. 여기저기에서 AI라는 용어가 남용되기 시작하면서 발생한 많은 오해를 이해하고, 산업적으로 AI 기술을 더욱 활발하게 활용하기 위해서는 이를 ‘지능’의 범위를 넘어서는 기반기술로 이해해야한다.
본 발표에서는 한국원자력연구원에서 진행하고 있는 다양한 인공지능 관련 연구에 대해 소개하고, 원자력산업이 혁신하기 위한 AI 기술의 적용방안을 제안하고자 한다.
지난 2004년 제253회 원자력위원회에서 2016년까지 중간저장시설을 확보하기로 결정한 이후, 사용후핵연료 관리에 대한 주요 결정이 이루어지기 시작함. 최초 2015년에 20개월간 진행된 사용후핵연료 공론화에 따라서 10가지 의견으로 정리한 권고안과 함께 중간저장 및 최종처분과 관련한 일정, 관련 기술 개발과 필요한 법제화가 제안한다.
2019년 시작된 사용후핵연료 관리정책 재검토위원회는 재검토 추진 이유로 ① 정부의 에너지전환정책 추진에 따른 환경변화, ② 사회적 수용성 증진을 거론함. 2018년 사용후핵연료 관리정책 재검토준비단을 시작으로 6개월간의 활동 이후 재검토위원회 본위원회를 구성하여 현재까지 1년 이상 활동했다.
2019년 말 기준 국내 원전 24기에서 연간 508톤의 사용후핵연료가 발생함 *경수로 연간 약 280톤, 중수로 약 228톤이다.
경수로 원전의 사용후핵연료는 별도 건식저장시설 없이 주제어실 및 현장운전원의 관리 하에 모두 습식저장조에서 관리됨. 현재 고리 1,2호기를 제외한 전 경수로에는 중성자흡수체를 부착한 조밀저장대 적용, 이를 통해 저장량을 약 1.5~2배 수준으로 확대했다.
중수로 원전의 사용후핵연료는 1992년부터 6년 이상 습식저장조에서 냉각된 연료에 한하여 본부 내 건식저장시설로 운반저장하고 있다.
사용후핵연료 관리를 위한 연구개발 내용에 대하여 발표 중 별도 언급할 예정이다.
기본적으로 사용후핵연료는 중간저장-처분을 중심으로의 부지 및 관련시설 확보 필요. 이를 위해 기술 발전과 사회 환경의 변화 고려하여 다양한 대안기술 개발 또한 적극적인 추진이 필요하다.
현재 사용후핵연료를 보유한 국가는 34개국, 핀란드, 스웨덴 등 10개국은 직접처분, 프랑스, 러시아 등 6개국은 재처리 추진 중. 한편, 우리나라 포함한 18개국은 관리정책을 유보한 상태다.
한국원자력연구원은 2011년부터 10년간 한-미 공동연구를 통해 경수로 사용후핵연료를 활용한 파이로프로세스 전 공정에 대한 공학 규모 실증실험을 통해 공학적 검증을 수행 중이다.
<특별세션 : 중소형원자로 개발과 원자력 기술혁신 방향>
SMART는 열출력 365MWt로 대형원전 1/10 수준의 가압경수형 일체형 소형원전으로, 전력 생산뿐만 아니라 해수담수화, 지역난방, 공정열 공급 등 다목적 활용이 가능하다.
한국원자력연구원은 2010년부터 사우디아라비아와 SMART 도입 논의 진행. 2014년 사우디 내 SMART 도입을 위한 공동타당성조사 수행함. 이를 바탕으로 2015년 3월 양국 정상 입석 하에 한-사우디 SMART 공동 동반자협력 MOU 체결했다.
한-사우디 SMART 동반자협력은 1단계 PPE, 2단계 사우디 SMART 첫 2기 건설, 3단계 사우디 후속 호기 건설 및 글로벌 사업화로 이루어짐. 한국원자력연구원의 사업 총괄 주관 하에 국내 대형원전 설계에 경험이 많은 국내 원자력유관기관이 참여하여 사우디 부지조건을 반영한 SMART 기본설계를 수행하고, 예비안전성분석보고서 및 사고관리계획서 작성계획서 생산함. SMART PPE 사업에 사우디가 1억 달러 투자, 2018년 11월 성공적으로 완료됐다. PPE 사업기간 동안 사우디 원자력인력 양성을 위해 사우디 K.A.CARE 전문가 48명이 약 2년 반 동안 한국원자력연구원에 파견, SMART 원자로 기술 교육훈련 이수 후 동반설계에 참여했다.
NuScale Power는 2007년 설립된 소형모듈원자로(Small Modular Reactor) 전문회사, 2000년 美 에너지부의 MASLWR 프로그램을 통해 연구개발과 테스트를 진행하며 그 모태가 형성됨. 현재 20개국 이상에서 530건 이상의 특허 취득하거나 진행 중, 2020년 중 美 NRC 설계심사 완료 예정이다.
중소형원자로 생태계 구축 위하여 두산중공업과 전략적 협력관계 구축, ASME 원자력 인증 취득, Sargent and Lundy and Fluor의 지원과 함께 표준설계(Standard Plant Design) 활동 진행 중이다.
소형원자로는 일반적으로 전기출력 300MW 이하의 원자로를 의미함. 크기가 작아 주요 계통 및 기기를 모듈(module) 단위로 공장에서 제작·조립하여 트럭, 기차, 배 등을 이용해 건설 현장으로 옮겨 바로 설치 가능한 것이 장점임. 이러한 설계가 반영된 원자로를 소형모듈형원자로(Small Modular Reactor, SMR)라고 한다.
소형원자로의 활용 분야는 수백MW 급 노후 화력발전소 대체, 원격지의 소규모 분산전원, 난방열, 공정열, 해수담수화, 원자력쇄빙선, 부유식해양원전, 우주추진체 등 매우 다양함. 이러한 미래 잠재시장과 기술 선점을 위해, 한국을 비롯해, 미국, 영국, 프랑스, 캐나다, 일본, 러시아, 중국, 아르헨티나 등 주요 원자로 강국들이 다양한 소형원자로 개발 중이다.
기존 대규모 전력망에 연결된 노후 화력발전소 대체 등에는 소형원자로 중에서도 출력이 비교적 클수록 유리할 수 있고, 원격지 소규모 분산전원 등 다양한 특수 목적 활용에는 비교적 작은 것이 바람직할 수 있음. 그러나 단위 원자로 모듈의 용량이 작아도, 다수의 모듈을 연결할 수 있는 설계라면 원전 전체 용량을 쉽게 키울 수 있다
미검증 기술로 인한 인허가 현안을 최소화하기 위해 기존 상용원전의 입증된 기술을 기반으로 피동안전성 등을 보완하는 경우가 있는데, 전 세계 상용원전의 대부분을 차지하는 경수로(LWR), 중수로(HWR) 기술을 활용한 노형들이 비교적 이 경우에 속함. 물분해 수소생산에 적합한 초고온가스냉각로(VHTR), 장수명․고독성 방사선 핵종을 줄이고 우라늄 자원 이용률을 높일 수 있는 소듐냉각고속로(SFR)를 비롯해 납냉각고속로(LFR), 용융염원자로(MSR), 전열관(heat pipe) 냉각 원자로 등은 좀 더 미래 지향적인 목표와 기술에 도전하고 있다.
오늘날 SMR은 가장 안전하고 경제적으로 효율적인 에너지원으로 각광받음. 10년 전, 상업용 원전 시장에서 SMR은 단지 혁신적인 아이디어로만 고려되었음. 오늘날에는 세계적으로 50가지가 넘는 설계가 개발 중이다.
2020년 5월 ROSATOM은 세계 최초의 부유식 원전인 Akademik Lomonosov의 상업운전을 허가함. 이로써 ROSATOM은 부유식 원전 기술 개발을 토대로 육상용 SMR까지 개발가능한 기술 확보했다.
원자핵 에너지를 인간에게 유용한 형태로 바꿀 수 있는 계기가 된 것은 미국의 원자력 잠수함 기술 개발이다. 그러나 1950년대 당시 원자로 기술은 잠수함을 추진하기 위해서는 도시 한 블록 규모의 대형 원자로만 만들 수 있었다. 이를 잠수함과 같이 제한된 공간에 설치하는 것은 불가능함. 하지만 다수의 기술혁신으로 원자로와 발전 및 추진 시스템 소형화 성공, 원자력 발전기술의 태동이 시작됐다. 당시 개발된 기술이 육상용 상업 발전에 적용, 원자력 발전소 출력 급격히 증가함. 반세기에 걸친 기술개발로 현재의 단일 발전소로는 최고 출력을 가지는 원자력 발전소 개발 성공했다.
하지만 변화하는 전력 및 에너지 시장에서 단일 출력이 큰 대형 발전소의 매력도는 점차 낮아짐. 대규모 자본 투자, 정부주도의 개발, 주민 수용성 문제 등 대형 원자력 발전소만이 아니라, 다른 화석연료를 쓰는 대형 발전소도 건설 자체가 점차 힘들어진다. 즉, 시장에서 소형 분산 발전원 수요 증가 및 대형 발전소 수요 감소가 나타남. 이는 현재 대형 원자력 발전소의 비즈니스 모델 혁신 필요성을 의미, 동시에 원자력 기술도 소형화에 중점을 맞추어야 함을 의미한다.
이런 변화한 시장의 여건은 원자력 발전소는 소형화·모듈화가 가능한 기술 개발의 필요성으로 작용함. 원자력 산업계의 소형화·모듈화 기술을 벤치마킹할 산업은 조선해양 산업이 가장 적절함. 조선해양 산업은 모듈 건조 기법을 적용한 혁신적인 조선 기술을 성공적으로 개발, 선박이라는 제한된 공간 안에 기기 및 시스템을 설치할 수 있는 소형화 기술의 축적도 가장 많이 이루어졌기 때문이다. 이런 측면에서 변화한 시장의 니즈에 대응할 수 있는 새로운 원자력 기술은 조선해양 산업과의 접목을 통해서 개발될 가능성이 높음, 이는 원자력 에너지 기술의 전환 및 원자력 기술을 혁신하는 것이다.
본 발표에서는 최근에 국내외에서 시도되는 다양한 소형 원자력 발전시스템이 조선해양 산업의 적용 방안을 정리한다. 향후 원자력 에너지 산업과 조선해양 산업의 융복합을 통해서 어떤 방향으로 기술 혁신을 하여서 진화하고 있는 시장에서 생존할 수 있는지에 대해서 논의하고자 한다.