차세대 미래기술 ‘소형모듈원전’ 기술과 탄소중립을 선도하는 한국수력원자력 중앙연구원 iSMR 현장에 방문하다

#지난 6월, 정부는 ▲반도체·디스플레이 ▲인공지능 ▲첨단 바이오 ▲양자 ▲우주항공해양 ▲차세대 원자력 ▲수소 ▲이차 전지 ▲차세대 통신 ▲사이버 보안 ▲첨단 모빌리티 ▲로봇 제조 등 “12대 국가전략기술 육성 기본계획”을 수립하고 선도적 전략기술 우위 확보를 위해 국가 차원의 역량을 결집할 것이라 밝혔다.

대한민국 정책기자단은 대한민국의 내일을 책임질 차세대 미래기술 소형모듈원전 기술 주요 연구 현장을 살펴보고 비전과 방향을 들어보기 위해 지난 8월, 한국표준과학연구원의 양자 컴퓨팅 연구현장 취재를 시작으로 미래전략기술 육성 현장을 차례로 방문하고 있다. 이번에는 대전에 위치한 한국수력원자력 중앙연구원의 i-SMR SSNC 관제센터 및 시뮬레이터 센터를 견학하기 위해 방문하여 탄소중립과 미래 경쟁력 제고를 위한 차세대 미래기술 ‘소형 모듈 원전 연구 현장을 취재하고 한국수력원자력 중앙연구원 i-SMR 센터 탐방과 담당 연구원을 인터뷰하였다.

◆ 한국수력원자력 중앙연구원 SMR 현장에 방문하다 

한국수력원자력 중앙연구원은 안전을 최우선으로 한 연구개발을 통해 기술역량을 강화하고 클린에너지 신기술 개발을 선도하며 원자력발전 현장에서 발생하는 현안을 해결하는 한국수력원자력(주) 기업부설 연구소이다. 또한, 탄소중립과 ESG에 기반한 원전 안전성 증진 기술 개발, EU-APR 인증, 혁신형 SMR 기술 개발 및 원전 해체 기술 개발 등을 통해 원전의 안전성을 보장하고 회사의 신성장동력을 창출하며, 원전 생태계 발전과 에너지 산업계에서 중추적 역할을 할 수 있도록 노력을 이어오고 있다.

철저한 보안을 통과하여 들어가니 국가의 주요 R&D를 이끌어가는 연구원에 입성했다는 실감이 나기 시작했다. 보안이 철저한 곳이라 사전에 방문 신청을 거쳐야 한다. 드넓은 산책로를 따라 들어가 정문 경비실에서 신분증을 제출하고 방문증을 받고, 사이버클린존에서 디지털카메라 반입, 반출 확인 절차를 마친 후 i-SMR 기반 스마트넷 제로시티(SSNC) 관제센터 및 i-SMR 운전 검증용 시뮬레이터 구축 현장을 살펴볼 수 있었다.

K-원전을 이끄는 주역들이 SMR 상용화를 위해 기술 개발을 하는 이유

이번 취재의 핵심은 SMR 기술개발 현장을 국민에게 알리는 것이다. SMR은 기존의 대형원전보다 비용·안전성 등이 뛰어난 차세대 원자로인 소형모듈원자로이며, 전세계적으로 80여 종의 소형원자로가 개발이 진행되는 등 경쟁이 치열한 상황이다.

SMR이 차세대 에너지로 기대되는 이유는 안전성도 확률로 입증이 되어 있기 때문이다. 원전의 중대사고 발생 가능성은 노심 손상 빈도(CDF)라는 지표를 기준으로 이야기 하는데 이 기준으로 보면 SMR은 기존 원전 대비 사고율이 3000분의 1 수준이다. 물론 가장 큰 한계점은 기존 원전 대비 충분하지 않은 미지의 영역이라는 점이다. 아직까지 SMR을 본격적으로 상용화한 국가도 없다고 한다. 기술이 개발 단계에 있기 때문에 건설단가도 발전단가도 기존 원전보다는 높은 수준이다. 실제로 SMR을 가동하는 단계에서 새로운 안전 문제가 발생할지도 모른다고 한다. 

그럼에도 불구하고 많은 국가와 기업들이 SMR을 주목하고 있는 이유는 앞서 언급한 효율성 때문이다. 미국 국립연구소(INL)는 2050년까지 신규 건설 원전 가운데 SMR 비중이 절반 수준까지 확대될 것으로 전망하고 있다.

우리나라에서도 K-원전을 이끄는 주역들이 SMR 상용화를 위해 기술 개발에 나서고 있다. 최근 두산에너빌리티는 기존 원전 사업에서 더 나아가 SMR 사업모델을 구상하고 있는데 향후 5년 간 연 4기 이상의 대형 원전 제작 시설을 안정적으로 확보하는 한편, SMR은 5년 간 연 20기 규모의 제작시설을 확충한다는 목표를 세웠다. SMR 전용 공장도 짓고 있다. 

기술이 열리고 있으니 시장을 열어주는 정부의 움직임도 필요한 상황이다. 다른 국가들은 벌써 SMR을 위한 규제 풀기에 나섰다. 대형 원전과는 다른 안전 구역 설정과 방사성 폐기물 발생에 대한 방폐장 건설 등이다. 그러나 한국은 관련 제도 정비가 아직 이루어지진 않은 상태다. 아직 한국의 SMR의 EPZ는 대형 원전의 기준을 따르고 있는 상태지만 뉴클리어(Nuclear) 에너지 생산 방식의 등장에 맞는 뉴(NEW) 정책의 등장도 기대하고 있다. 

SMR은 제11차 전력수급기본계획 실무 안에 최초로 반영된 만큼, 신속한 상용화를 위한 실증 지원, 사업화 기반 구축은 물론, 향후 SMR 기술이 우리나라의 에너지 자립도를 높이고 해외 수출의 토대가 될 수 있도록 정부 역시, 모든 정책적 지원을 아끼지 않을 것이라고 강조한 바 있다.

한수원 중앙연구원에는 혁신형 소형 모듈 원자로(i-SMR)의 운전 적합성 검증을 위한 시뮬레이터의 초기 버전이 구축되어 있다.

건설 공사 기간을 획기적으로 단축하고 사고 시 원자로를 냉각시키는 안전설비가 별도의 조직이나 전원 없이 안전설비 스스로 작동하도록 설계됨으로써 안전성을 대폭 향상시킨 것이 특징이다.

i-SMR 운전 검증용 시뮬레이터는 설계 및 운전 적합성을 검증하는 설비로 활용될 예정으로, 시뮬레이터 운용 과정에서 도출되는 검증 결과를 표준설계 진행 과정에 반영할 계획이다. 현재까지 개발된 시뮬레이터는 i-SMR의 개념 및 기본설계를 반영한 초기 버전으로, 한수원으로 추가적인 설계 사항을 계속해서 업데이트에 2025년 9월 1차 개발 완료를 목표로 하고 있다.

i-SMR은 개념 및 기본설계가 완료됐으며, 오는 2025년 12월까지 표준설계가 진행된다. 2025년 이후에는 시뮬레이터에 표준설계를 반영하기 위한 업데이트 작업이 진행되고, 2027년 상반기 시뮬레이터 준공을 목표로 개발에 박차를 가하고 있다. 한수원은 향후 시뮬레이터가 준공되면 이를 활용해 i-SMR 표준설계에 대한 운전 적합성 검증을 계속해서 수행할 계획이며, 이 검증 결과들을 표준설계인가를 위한 추가 자료로 활용한다는 방침이다.  

◆ 원자력 에너지 기술의 새로운 혁신,혁신형 SMR 기술을 개발 중인 ‘SMR 개발그룹장’ 인터뷰

혁신형 SMR을 개발하고 계신 연구원분들의 노력이 있어 우리나라 수출산업에 대한 가시적인 성과가 점점 현실화되고 있었다. 이번 취재는 특별히, 한국수력원자력 중앙연구원 혁신형 SMR 표준설계 개발에서 사업 관리 분야를 담당하고 계신 이성진 SMR 개발그룹장을 인터뷰해 SMR의 연구와 기술 현황에 대해 자세히 들어보았다.

◆ 한국수력원자력 중앙연구원에서 연구하고 계신 분야와 차세대 에너지원으로 꼽히는 소형모듈원전(SMR)에 대해 설명해주세요.

현재 SMR 개발그룹장을 맡고 있으며, 혁신형 SMR 표준설계 개발에서 사업 관리 분야를 담당하고 있습니다. SMR과 대형 원자로를 구분 짓는 핵심적인 정의는 주로 크기, 출력, 설계 방식, 안전 시스템 및 경제성 측면에서 차이가 있습니다.

첫째, 출력(규모)의 경우 SMR은 일반적으로 300MWe 이하의 전기 출력을 가지는 소형 원자로입니다, 설계에 따라 수 십에서 수백 MWe 정도의 출력을 낼 수 있으며, 여러 모듈을 조합해 필요한 전력만큼 확장할 수 있습니다. 대형 원자로는 일반적으로 1000MWe 이상의 전기 출력을 내며, 현재 상용화된 대형 경수로나 중수로 등은 1400MWe 이상의 출력을 내기도 합니다. 

둘째, 설계 및 건설의 경우 SMR은 소형 모듈형으로 설계되며, 모듈화된 방식으로 공장에서 사전 제작한 후 현장에서 조립할 수 있습니다. 이로 인해 공사 기간과 초기 건설 비용을 절감할 수 있고, 필요한 최대 출력에 따라 모듈의 수를 조절하여 건설할 수 있습니다.

셋째, 안정성의 경우 SMR은 원자로 1개의 열출력이 작아 자연 냉각(피동 냉각)이 용이하고, 피동형 안전 시스템을 채택하여 외부 전력이나 인력의 개입 없이도 사고 시 안전하게 냉각할 수 있습니다. 이는 사고 발생 확률을 줄이고, 리스크를 낮추는 중요한 설계 요소입니다. 

넷째, 경제성 및 건설 비용의 경우 작은 크기와 모듈화된 생산 방식 덕분에 초기 건설 비용이 대형 원전 대비 낮고, 건설 기간도 짧습니다. 이러한 경제성을 달성하기 위해서는 반복 건설과 주요 발전소 기기의 공장제작이 필수조건입니다.

끝으로, 운용 및 적용 분야에서 SMR은 소규모 전력망(소형 그리도),외딴 지역, 해양 플랫폼, 군사용 또는 수출용 원자로로 적합합니다. 또한 지역 열 공급, 수소 생산, 해수 담수화 같은 다양한 비전력 응용에도 활용될 수 있습니다. 현재 개발되고 있는 혁신형 SMR은 신속한 탄력 운전을 보장합니다. 이에 따라 신재생에너지의 간헐성을 보 환하여 국민과 여러 산업에 안정적인 전역을 공급할 수 있으며, 신재생에너지가 많은 경우에는 출력을 낮추거나 비전력 기능으로 다양하게 응용될 수 있습니다.

◆ 지난 6월 과학기술정보통신부가 발표한 12개 차세대 미래 기술 중 하나로 소형모듈원전(SMR)이 포함되고 선정된 이유에 대해 어떤 점이 크게 작용하였다고 생각하시나요?

다수의 전문가들은 곧 다가올 미래 사회는 전기 수요와 무탄소 전원에 대한 수요가 매우 높을 것으로 예상하고 있습니다. 이에 따라 전 세계적으로 현재 80여 종에 가까운 SMR이 여러 나라에서 개발되고 있고, 미국의 빅테크 기업들은 개발되고 있는 SMR로부터 전력을 구매하기 위해 직접 투자 또는 발전회사와 전력 공급 계약을 맺고 있는 상황입니다. 우리나라도 이런 상황에서 예외일 수는 없습니다.

만일 우리가 자국 기술로 운영되는 SMR을 보유하지 않고 외국 기술을 수입하여 발전소를 운영하는 경우, 에너지 안보 측면에서 리스크가 높아질 것은 당연합니다. 예를 들어 원전 연료의 수입이나 특정 설비의 교체 등에서 외국 기술업체에 종속되어 선택권이 사라질 수도 있습니다. 

우리나라는 이런 상황을 대비하기 위해 ‘차세대 원자력 강국 도약’을 목표로 삼고 있으며 이를 달성하기 위해 SMR과 4세대 원자로에 대한 기술 개발을 차세대 미래기술로 선정한 것입니다. 또한 선진국에서 개발하고 있는 SMR 대비 경쟁력 있는 고유의 SMR을 개발하게 되면, 대형 원전의 해외 수출과 마찬가지로 여러 나라들에서 우리의 SMR을 도입하려고 할 것입니다. 이를 통해 국가 경제 발전에 큰 기여가 가능하다고 생각합니다.

우리나라의 소형 모듈 원자로는 세계 최고 수준의 경수로형 소형 모듈 원자로 확보를 목표로, 노심의 안전성능을 극대화하는 기술, 기존 대형 원전보다 제작 기간이 단축된 혁신제조 기술 개발 등 혁신형 소형 모듈 원자로 개발 및 조기 상용화에 집중하고 있습니다.

◆ 한국수력원자력 중앙연구원에서 연구 또는 개발하는 미래 기술이 국민의 삶과 우리나라의 산업에 어떤 영향을 주고 있나요?

원자력 분야의 미래 기술은 에너지 공급, 환경 보호, 산업 전반에 걸쳐 중요한 변화를 가져올 것으로 예상됩니다. 이들 기술은 단순한 전력 생산을 넘어, 지속 가능한 에너지 시스템 구축, 새로운 산업의 활성화, 그리고 환경 문제 해결에 중대한 역할을 할 수 있습니다. 청정에너지 공급 및 탄소 감축입니다.

원자력은 기후 목표인 넷 제로 달성에 핵심적인 기술로 자리 잡고 있으며, 재생 가능 에너지와 함께 안정적인 전력 공급을 보장할 수 있습니다. 이는 온실가스 배출을 줄이고, 장기적으로 기후 변화에 대응하는 중요한 방법이 될 것입니다. 산업 공정 혁신은 미래 원자력 기술은 단순한 전력 생산을 넘어 산업 공정에서 중요한 에너지원으로 활용될 수 있습니다.

예를 들어, 고온 가스로와 같은 차세대 원자로는 산업용 공정에 필요한 고온 열을 제공할 수 있어 철강, 화학, 정유 산업에서 화석 연료를 대체할 수 있습니다. 이는 산업 부문의 탈탄소화에 기여하고, 특히 전력과 열을 동시에 생산하는 열병합 발전에 사용될 수 있습니다. 또한, 원자력 기반의 수소 생산은 청정 수소 경제를 촉진하고, 수송 및 산업 분야에서 탄소 배출을 크게 줄일 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.

수소 생산에서 원자력의 비전력 응용은 다양한 분야에서 산업과 사회에 큰 영향을 미칠 것입니다. 특히, 수소 생산은 원자력의 고온 열과 전력을 이용하여 탄소 배출 없이 수소를 생산할 수 있어 수소 경제 활성화에 기여할 수 있습니다. 이러한 수소는 교통, 산업, 전력 부문에서 청정에너지원으로 사용될 수 있으며, 이로 인해 전체적인 탄소 배출을 줄일 수 있습니다.

◆ 한국수력원자력 중앙연구원에서 연구를 진행하시면서 가장 기억에 남으셨던 일이 있으시다면 말씀해주실 수 있으실까요?

2009년 입사 이후, 그동안 APR1400 전산화 절차서 시스템 개발, 중대사고 시뮬레이터 개발, APR1400 제어시스템 가상화 개발 등 다수의 국내 최초 기술 개발을 성공적으로 이끌었습니다. 최근 체코 원전 입찰을 위해 발주사 엔지니어에게 APR1400 제어시스템 가상화 개발을 소개했던 일이 기억에 남습니다. 우리 원전기술이 프랑스나 미국과 견주어 차별성을 갖고 있음을 설명하기 위해 능숙하진 않지만 영어로 열심히 설명했습니다. 다행스럽게도 체코 엔지니어들은 가상화 기술이 본인들에게도 유용할 수 있을 것이라는 말에 큰 보람을 느꼈습니다.

◆ 목표나 바람이 있으시다면 들려주세요. 또한, 앞으로 소형모듈원전(SMR) 이 우리나라에서 줄 영향 또는 변화 미래 기대, 가능성에 대해서 말씀 부탁드립니다.  

현재 맡고 있는 혁신형 SMR 표준설계가 계획된 시기에 완료되고, 정부가 수립한 전기본 11차 계획(안)에 따른 SMR 1기 건설이 2030년대 초에 완료되는 것이 제가 바라는 것입니다. 우리나라는 Fast-follower 입장에서 SMR 분야를 시작했지만 우리 국민의 저력을 잘 알고 있습니다. 2030년대가 지나게 되면 전 세계 원전시장에서 우리의 SMR이 독점적인 위치에 오를 것입니다. 안전성이 극대화된 SMR을 통해 국민 수용성도 높이고 세계를 선도하는 원자력 산업계가 운영된다면 국민 삶의 질이 높아질 것이라고 생각합니다. 

◆ 차세대 원자력 에너지원 혁신형 SMR, 세계 시장을 선도하는 차세대 원자력 강국 도약 

탄소중립과 미래경쟁력 제고를 위한 차세대 미래기술 ‘소형모듈원전’ 

정부는 핵심기술 외에도 차세대 원자력 분야 국가 임무 달성을 위해 소형 모듈 원자로에 특화된 안전규제를 선제적으로 준비하고 있으며 민·관 협력 활성화를 위한 상시 소통채널을 구축하는 등 생태계 조성을 해나갈 예정이다. 

글로벌 원전시장을 선도할 세계 최고의 혁신형 SMR을 개발하고 있는 우리나라의 수출산업 발전과 세계 시장을 선도하는 차세대 원자력 강국 도약을 위해 나아갈 미래를 기대해 본다.

정책기자단|조민서minn62139@gmail.com

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