100% 토종 기술로 세계 최초 개발한 일체형 원자로 ‘스마트’

바야흐로 ‘스마트’가 지배하는 세상이다. 스마트폰으로 대표되는 스마트 기기의 핵심은 여러 기기로 나뉘어 있던 기능들을 하나로 결합하거나 큰 기기가 하던 일을 작은 기계가 대체할 수 있도록 하는 것이다. 넓은 건설 공간이 필요하고 복잡한 부품이 들어가는 원자력 발전도 스마트해질 수 있을까. 답은 ‘그렇다’이다.

원전의 스마트화를 주도할 것으로 예상되는 제품은 미국, 프랑스 등 원자력 선진국들을 제치고 한국이 100% 토종 기술로 세계 최초 개발한 일체형 원자로 ‘스마트’(SMART·System-integrated Modular Advanced Reactor)다.

스마트는 현재 가동되고 있는 상용 대형 원전 발전 용량의 10분의1 수준인 100㎿의 중소형 원전이다. 증기 발생기, 가압기, 냉각재 펌프 등 원자로를 구성하는 핵심 기기들을 원자로 압력용기 안에 집어넣은 일체형 모델이다.

원자력 발전은 대개 핵분열 연쇄반응에서 발생한 에너지로 물을 끓여 증기터빈을 돌려 전기를 만드는 것이 유일하다고 알고 있다. 그렇지만 스마트 원전은 핵분열 에너지를 전력생산뿐만 아니라 바닷물을 마실 수 있는 식수로 바꾸는 해수 담수화, 지역난방 등에 이르기까지 다양하게 활용할 수 있다.

스마트는 발생 에너지의 90%를 전력 생산에 사용하고 10%를 해수 담수화에 활용해 원자로 1기로 전력 9만㎾와 하루 4만t의 담수를 동시에 생산할 수 있다. 국내 전기와 물 소비량을 기준으로 할 때 인구 10만명 규모의 중소도시에 공급 가능한 규모다.

용량이 작고 대형 원전에 비해 상대적으로 안전하기 때문에 도시 근교나 산업단지에 건설해 전력 생산과 해수 담수화뿐만 아니라 ‘전력 생산-지역난방’, ‘전력생산-산업설비 공정열 공급’ 등 다양하게 조합해 활용할 수 있다.

스마트 원전 개발을 주도한 한국원자력연구원에 따르면 추가 기술 개발을 통해 해상 전력이나 선박 추진용으로 활용하는 것도 가능할 것으로 기대된다. 전문가들도 현재 가스터빈식 발전이나 디젤발전기를 대체해 도서 지역에 전력을 공급하거나 해상 공장, 해상 리조트, 해상 광산 등에 사용하거나 선박의 엔진원으로도 활용할 수 있을 것으로 예상하고 있다.

스마트 원전이 특히 주목받는 것은 원자로 모든 기기를 하나의 압력용기 안에 내장해 외부에 드러나는 배관을 없앰으로써 2011년 3월 발생한 일본 후쿠시마 원전 사고처럼 대형 사고가 발생할 가능성을 획기적으로 줄였기 때문이다.

기존 대형 상용원전에서 발생할 수 있는 가장 심각한 사고 중 하나는 주요 기기를 잇는 배관이 깨져 방사성물질을 포함한 냉각재가 밖으로 새어 나와 오염시키는 것이다. 후쿠시마 원전 사고 때는 쓰나미로 전력공급이 중단되면서 원전을 제대로 냉각시키지 못해 원자로가 녹아 내렸다. 스마트 원전은 비상시 사용하는 냉각수 탱크를 원전보다 높은 곳에 설치해 전기 없이 냉각수가 원전 내부로 쏟아져 들어갈 수 있는 ‘피동잔열제거 시스템’을 설치했다. 또 비상냉각수 탱크를 수동으로 보충할 수 있게 해 사고발생 20일 후까지도 원자로의 열을 효과적으로 제거할 수 있도록 하고 있다.

원자력연구원 관계자는 “스마트 원전은 원전 사고 발생 시 일어날 수 있는 수소폭발이나 증기폭발, 노심용융 등 가능성까지 차단했고, 9·11 테러처럼 대형 항공기가 충돌하더라도 원전에 직접 영향을 미치지 않도록 설계하는 등 안전 부분을 강화한 안전 원전”이라고 말했다.

●소규모 전력망·물 부족 국가 등이 잠재 수요국

지난달 초 원자력연구원과 사우디아라비아 왕립 원자력신재생에너지원은 ‘스마트 원전 건설 전 상세설계’ 협약을 체결했다. 협약은 원전 건설 이전에 사우디 현지 사정에 맞는 스마트 원전의 공동 설계와 사우디 내 스마트 원전 2기 건설 및 추가 건설에 관한 내용들이 포함돼 있다. 상세 설계 협약 체결이 수출 체결과 직결되는 것은 아니지만 수출로 연결되는 경우가 많다.

아직 중소형 원전시장이 열리지는 않았지만 미국 에너지부(DOE)는 2050년까지 전 세계 중소형 원전 수요를 500~1000기로, 일본전력중앙연구소는 400~850기로 전망하는 등 긍정적인 예측을 내놓고 있다.

●美 등 선진국의 노후 화력발전소 대체도 가능

스마트 원전의 잠재 수요 국가는 전력 소비량이 적어 대형 원전을 건설하기에 부적절한 소규모 전력망 국가와 인구가 분산돼 대형 원전을 건설할 경우 송배전망 구축 비용이 과도하게 소비될 가능성이 있는 국가, 사막이나 동남아시아 같은 물 부족 국가 등이 꼽히고 있다. 미국 같은 선진국의 노후된 화력발전소를 대체하는 것도 가능할 전망이다.

모듈 형태로 설계된 스마트 원전은 공장에서 제작한 부품들을 현장에서 조립만 하면 된다. 건설 기간이 대형 원전의 52개월보다 훨씬 짧은 36개월에 불과한 이유다. 1기 건설 비용도 대형 원전의 3분의1 수준인 1조원 정도다. 건설이 반복되면 1기당 건설 비용을 7000억원까지도 낮출 수 있을 것으로 전망된다.

김긍구 원자력연구원 스마트개발사업단장은 “애플의 아이폰이 나오면서 비로소 스마트폰 시장이 탄생한 것처럼 아직 형성돼 있지 않은 중소형 원전시장도 우리의 스마트 원전을 통해 새로운 문이 열릴 것”이라고 말했다.

유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr