SMR 현황
소형 모듈 원전(SMR)의 시장 동향
요약
SMR이라고 단순히 표현하지만, 3세대 기술을 적용하여 단순히 소형화한 것과 4세대 기술(우라늄 사용X)을 모두 SMR로 표현하므로 복잡하다.
SMR을 비교하여 보는 관점은 현실적으로 냉각재 위주로 본다.
냉각재 기준 경수로(육상, 해상), 고온가스, 액체금속냉각 고속로, 용융염 냉각로
SMR의 도전과제와 국내외 동향, 이겅익,KAIST
1. (대형)원전과 소형 모듈 원전(Small modular Reactor:SMR)
(대형) 백만 KW이상의 원자력 발전소, 사실 실험용 규모로 작게 시작하였으나, 전력수요 감당을 위해서 대형화되었을 뿐, 원래 기술을 MW규모롷 소형화가 기본이다.
2. SMR의 특징
세계 각국에서 70여종의 SMR이 현재 개발중이다.
4세대 기술 기반으로 개발 중이다.
[원자력 발전 기술의 세대 구별]
1세대 - 초기 원자로 (1950~60년대): 프로토 타입, 가압경수로, 비등 경수로, 가스 냉각 원자로, 안전성 부재
2세대 - 상업 원자로 (1970~90년대): 전세계 대부분 원자로, 농축 우라늄 사용, 가압경수로, 비등경수로 사용
3세대 - 고급 원자로 (1990~20년대): 이전세대 기반, 폐기물 관리(줄어듬), 안정성, 운전효율 향상(운전연료 수명 증가), 중수로 사용 추가
특징: 60년이상 수명, AP1000(미국), EPR(프랑스), ABWR(일본)
4세대 - 차세대 원자로 (2030이후 예상) : 용융염 원자로(MSR), 가스냉각 고속로(GFR), 소듐 냉강 고속로(SFR), 초고온 원자로(VHTR), 낮은 압력 작동(안전여유)
특징: 우랴늄 대신 토륨 사용 목표 (우라늄 보다 풍부, 적은 폐기물 특징)
* 용어 설명 - PWR: Pressurized Water Reactor, 가압 경수로, 냉각수(물)이 고압 순환, 격납형태, 안전성(미국, 프랑스) - BWR: Boiling Water Reactor: 비등 경수로, 물이 가열되어 증기 발생(터빈), 복잡한 안전설계, 구조 단순, 경제성 좋음(일본), 단 증기에 방사능 있음 - PHWR: Pressurized Heavy Water Reactor: 가압 중수로 (캐나다 개발, CANDU원자로), 중수(Heavy water) 자연상태 우라늄 사용 가능(연료 쉽게 구함), 운전중 연료 교체 장점, 가압으로 격납구조는 복잡 (한국, 인도, 중국)
3. 주의
단순히 소형화 관점에서 SMR이 아니라, 단순히 기존 3세대 기술을 소형화한 것과 신기술 적용 부분이 혼재 되어 있어 복잡하다.
대체적이 관점은 다음과 같다 (개발중인 차세대 기술 기준)
- 연료: 핵반응 중성자 기준, (경제성 하) 고농축 (산화)우랴늄(8%기준) >> 자연 우라늄(저농축) >> 금속우랴늄 토륨 (개발 중, 자원 풍부) (경제성 상)
- 원자로 : 연료에 따라 다름
- 냉각재 ": 물(3세대), 물대체(가스 포함), 핵적특성ㅁ, 상변화 온도, 재료와의 양립성(방사능 차폐), 기존 소규모 성공 재료
예) 용융염(액체소금), 소듐(소금), 헬륨
4. SMR의 태생적 단점
- 발전 용량이 작아서(MW단위) 기존의 원자력 발전의 규모의 경제원리를 극복할 수 없다.
통합적인 재정립 필요: 제작, 건설, 유지보수, 운영 모든 분야 새롭게 만들어 져야 함.
- 안전 인증 문제
1) 인허가 문제에 대해 보수적임
2) 방사선 비상계획 구역(Emergency Planning zone: EPZ): 반경 10~30km
[미국 규정 변경 추세] 기존 - 규정적 규제(Prescriptive regulation) 변경 - 성능기반 규제(Performance-based regulation), 한국도 국가산업단지 조성 중(경주, ~2030)