SMR(소형모듈원자로)은 나쁜 정책! : 해외 전략가의 시각

소형 모듈식 원자로는 나쁜 정책이다.

Small Modular Nuclear Reactors Are Mostly Bad Policy

(https://cleantechnica.com/2021/05/03/small-modular-nuclear-reactors-are-mostly-bad-policy/)

/By Michael Barnard, May 3, 2021

마이클 버나드 TFIE Strategy 수석 전략가 / distnc technologies 공동 설립자 / Agora Energy Technologies 전략 고문, 보드 옵저버

 

*본 글은, CleanTechnica, 2021년 5월 3일에 게재된 기사(Small Modular Nuclear Reactors Are Mostly Bad Policy)이다. 소형원자로 SMR이 갖는 문제점을 통열히 제시해 준다.

윤석열정부가 원전 확대를 꺼내들면서, SMR이 마치 새로운 원전 기술로 기대를 모으는 듯한 분위기이다. 마이클 버나드는 SMR은 전혀 새로운 기술이 아닐 뿐 아니라 비용 효율성도 없어 실현 가능성이 매우 낮다고 주장한다. '거꾸로' 가겠다는 윤석열정부, 귀 좀 열길 바란다! 참조하시기 바랍니다.

 

*6월 8일 참여연대에서 시민단체들이 공동 진행한 SMR(소형모듈원자로) 개발 중단 촉구 기자회견에서ᆢ

 

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소형 모듈원자로(SMR)가 발전을 위한 기본적이고 또는 유일한 해답이라고 주장하는 사람들은, 자신이 무슨 말을 하는지 모르든가, 아니면 적극적으로 가짜 정보를 흘리고 있든가, 그도 아니라면 의도적으로 기후위기 대책을 늦추려는 것이든가, 그 가운데 하나일 것이다.

 

수소와 마찬가지로 최근 소형 모듈 원자로(SMR, small modular nuclear reactors)가 다시 주목을 받고 있다. 그 배경에는 이 기술에 초점을 맞추는 정부의 정책과 투자가 있다. 원자력산업계의 움직임도 있다. 그리고 자신이나 투자자들이 많은 돈을 벌 수 있도록 해주리라고 희망하는 기술을 구축하려는 기업가들의 목소리도 있다.

 

SMR은 제조에서 규모의 경제성을 달성할 수 없고, 건설 속도가 느리고, 스케일 업에 의한 효율성을 잃고 있고, 저렴하지 않고, 원격지나 폐광지에 적합하지 않고, 안전을 위한 대규모 비용에 직면하고 있으며, 폐로에 비용과 시간이 걸리고 배상책임보험에 상한이 설정된다. 그들은 효율 나쁜 방법을 의도적으로 선택하고 있는 반면, 과제는 아무것도 해결하지 못한다. SMR은 1950년대부터 존재해 왔고, 당시보다 지금이 나아진 것도 아니다.

 

* 소형 모듈 원자로가 주목받아 자금을 모으고 있는 것은, 기껏해야 잘못 인도될 뿐이고, 나쁘게 말하면 기후위기 대책에 적극적으로 적대하는 행위이다

 

먼저 소형 모듈 원자로(Small Modular Nuclear Reactors: SMNR) 혹은 중소형로(Small and Medium Reactors: SMR)의 세계에 대해 개관해 보자. 가장 일반적인 약칭은 SMR이지만, 둘 다 살펴볼 것이다.

 

SMR은 이름 그대로 원자력 발전 장치이며 핵분열로이다. 즉, 방사성 붕괴라는 핵분열성 물질의 연료를 사용하여 액체를 가열하여 증기를 발생시키고, 그 증기로 터빈을 돌려 발전을 수행한다. 기술적으로는 석탄 화력발전과 같은 것이지만 오랫동안 땅에 묻혀 있던 식물을 태우는 것이 아니라 우라늄의 붕괴에 의한 열을 이용한다.

 

SMR은 몇 가지 점에서 종래의 원자로와는 다르다. 가장 큰 차이점은 "소형" 또는 "중형"이라 불리듯이 크기가 작다는 것이다. 발전용량은 0.068MW에서 500MW 등으로 다양한데, 국제원자력기관(IAEA)은 300MW까지를 소형, 그 이상 700MW까지를 중형으로 분류한다.

 

최근 화제를 모으고 있지만 실은 새로운 기술은 아니다. 세계 최초의 원자력발전소는 1954년 러시아(당시 소련)에서 가동한 5MW의 장치이다. 그 이후 원자력선과 중성자원으로 수백 개의 소형 원자로가 만들어져 왔다. 이미 잘 알려진 기술이다. 혁신적인 것으로 선전된 기술의 대부분은 이미 수십 년 전에 고안된 것이다.

 

 

세계원자력협회의 데이터에 근거한 SMNR의 상태별 분류표(저자 작성)

 

 

최초의 SMR이 운전을 시작한 지 70년을 거치는 사이에, 57개의 다른 디자인이나 컨셉이 설계, 개발되었는데, 실제로 건설된 것은 매우 드물다. 건설된 SMR의 대부분은 일반 원자로와 마찬가지로 작동되어 왔고, 새로운 원자로가 건설되어 대체되지 않은 채 노후화되고 있다.

 

 

세계원자력협회의 데이터에 근거한 SMR의 가동/건설 일람표(저자 작성)

 

 

러시아의 모델은 극북의 쇄빙선용 발전로인데, 북쪽의 변경 마을에 육상 배치하는 것이 검토되고 있다. 시베리아의 것은 수명을 다해가고 있다. 인도에서는 14기의 소형 CANDU로가 가동하고 있지만, 대부분 운전을 시작한 지 수십 년이 지났다. 중국의 것도 마찬가지로 40년의 수명을 맞이하고 있다.

 

아르헨티나의 원자로는 10년 이상 건설 중에 있는데, 작업 중단이나 정치적 개입, 자금 문제 등을 안고 있는 프로젝트이다. 이대로는 빛을 볼 날을 기대하기 어렵다.

 

중국의 HTR-PM은 10년간 건설 중에 있는데, 유일하게 원격조작이 가능한 신기술이 적용되고 있는 원자로이다. 운전이 시작되면 4세대 원자로로서 처음 운전하게 된다.

 

 

 

그리고 분명히 해 둘 점은, 이것은 하나의 같은 기술이 아니라, 여러가지 기술이라는 점이다. 수십 년에 걸쳐, 18타입의 57종의 변형이 제시되어 왔다. 어느 타입도 지배적인 기술이라고 할 수 없다.

 

SMR을 지지하는 주장은 조사에 견딜 수 없다.

 

SMR을 지지하는 사람들은 보통 다음과 같이 주장한다.

 

• 보다 안전하다

• 대규모의 집중형 공장에서 제조할 수 있어 비용이 저렴하다

• 원격지의 시설이나 지역사회에 깨끗한 전력을 공급할 수 있다

• 빨리 건설할 수 있다.

 

하지만 이러한 주장은 실제로는 어느 것 하나도 올바르지 않다.

 

첫째, 그들 말대로라면 종래의 원자로 역시 안전하다. 그 큰 근거가 되는 것은, 가동 중인 대부분의 원자로에는 수동적 안전 기능으로 정비가 이루어지고 있으며, 관리나 운전에 많은 주의가 요구되고 있다는 점이다. 체르노빌 원전 사고는 설계가 잘못되었다. 후쿠시마 원전 사고는 입지나 운전 판단에 오류가 있었다. 입지나 운전 실수는 결과적으로 일본경제 전체에 합계 약 1조 달러(미달러)로 보이는 손실을 초래하였다. SMR도 입지나 운전 판단의 실수에서 벗어날 수 없으며, 이외에도 산업계는 몇 가지 교훈을 얻고 있다.

 

원자력이 시장에서 실패한 것은, 안전상의 우려만이 아니라 경제성 문제 때문이다.

 

둘째, 규모의 경제가 작동되기 위해서는 제조공장에서 같은 것을 수백, 수천, 수백만으로 제조해야 하며, 또한 수백, 수천이라는 미래 시장규모가 예측되어야 한다. 그러나 이 분야에는 18종류의 다른 기술과 그 중 경쟁하는 많은 설계가 난립하고 있어 주력이 되는 일관된 단일 기술은 확립되어 있지 않다. SMR의 연구에 임하는 각국에는 각각에 적합한 기술이 있고 지원하는 기업도 있다.

 

이러한 설계로 규모의 경제성을 실현하기 위해서는 복수의 주요국이 모여 하나의 기술을 결정하고, 메이커와 합작회사를 설립하고, 그 기술만을 제조·배포할 것을 약속하지 않으면 안된다. 이는 시장원리에 근거한 해결책이 아니고, 각국의 지정학적 전략에도 맞지 않기 때문에, 어느 디자인으로 하더라도, 아마 낡은 CANDU 유래의 인도형 14기를 뛰어넘지 못할 것이다.

 

러시아는 쇄빙선이나 육상용 소형로에 진지하게 임하고 있지만, 세계적 시장을 형성하지는 못하였다. 극북 지역에 몇 개의 소형 원자로를 건설할지는 모르겠지만 예측 가능한 우려도 있다. 중국은 원자력발전을 대폭 확대하고 있는 유일한 나라이지만, 이미 기술 변형이 2자리에 이르러 그 상황이 원만하다고는 할 수 없다. 미국은 소형 PWR에 다시 초점을 맞출 것으로 보이지만 연방 수준에서는 그것을 추진할 정치적 의지가 없다.

 

스케일 메리트가 없고 비용 절감도 불가능하다. Nu Scale사는 SMR의 발전 비용을 현재의 풍력, 태양광 발전의 도매 가격(1MWh당 약 65달러)의 2배 정도로 억제하고 싶다는 기대를 표명하고 있다.

 

셋째, 벽지 지역사회와 석탄화력발전소를 폐지한 지역은 모두 보안상의 큰 문제를 안고 있다. 핵기술과 핵연료는 핵 불확산이라는 전략적 목표를 위해 고도의 규제와 제약을 받고 있다. 농축된 방사성물질은 테러리스트가 dirty bombs(핵폭발보다 방사성물질을 확산하는 것을 목적으로 한 폭탄장치)을 만들기 위해 절실히 원하는 물질이다. 공급, 운전, 폐기의 일련의 체인에는 유효하고 중복적인 방어망이 필요하다.

 

원자로가 작아졌다고 해서 이러한 방어의 필요성이 없어지는 것은 결코 아니다.

 

미국 전체의 총 보안 비용의 원자로당 배분(필자가 2021년에 발표한 표)

 

 

이러한 보안을 위한 비용은 매우 크며, 대부분 연방 정부, 주 정부, 지자체 보조금에 숨겨져 있다. 원격지에서도 이러한 추가적인 보안 비용이 필요하지만, 운송 비용이 높은 원격지의 보안에는 추가적인 문제가 있기 때문에 단순히 생각해도 더 높은 비용이 필요하게 될 것이다. 석탄화력발전소 폐지 지역은 대규모 보안 향상을 필요로 하며, 입증되지 않는 기술로는 경제적으로 성립되지 않는다.

 

규모의 경제가 성립되지 않고는 SMR의 신속한 보급은 이루어지기 어렵다. SMR은 표준화된 배송 가능 유닛이어야 한다. 현재 건설중인 원자로에서 Nu Scale사는 건설기간의 중앙값으로 10년을 목표로 하고 있다고 한다. Nu Scale은 2029년까지 12대의 가동을 약속했지만, 비용 상승과 스케줄 지연으로 인해 여러 지자체가 철수함에 따라 14억 달러의 구제 조치를 받았다.

 

SMR에는 또 다른 문제가 있을까?

 

물론이다. 3가지 문제가 있다.

 

첫째, 수직 방향의 스케일링의 이점을 활용하지 못한다는 것이다. 지금까지 언급했듯이 SMR은 경쟁 관계에 있는 기술이 매우 많고 이 문제를 해결하기 위한 전략적 긴급성이 없기 때문에 제조상 규모의 이점을 실현할 가능성이 매우 낮다. 또한, 스케일 아웃에 의한 수평 방향의 스케일링에 더하여, 수직 방향의 스케일링도 할 수 없다. 화력발전의 경우, 어느 단계까지는 대형화 할수록 효율이 좋아진다. 그 때문에 석탄화력이나 원자력발전의 대부분은 보일러나 원자로 1기당 발전용량이 1GW에 가깝다. 그 3분의 1로는 안된다. 이것에는 기술적인 이유가 있는데, 그 대부분은 유체나 증기의 이송을 가장 효율적으로 행하기 위한 파이프의 최적 직경과 그것에 필요한 재료와의 관계에 있다. 배관 직경이 클수록, 많은 재료를 사용하지 않고 더 많은 유체를 이송할 수 있다. SMR에서는 이러한 수직 스케일링의 효율이 없다. 흥미롭게도 빌 게이츠 씨의 테라파워사는 1,200MW의 원자로를 설계하고 있어 수직방향의 스케일업에 대한 시사를 받은 것 같다. 물론, 여기에도 통상의 원자로와 똑같은 비용 문제가 따라온다.

 

둘째, 원자로의 폐기에는 10억 달러 비용이 들고, 100년이 걸린다고 한다. 이는 여러 나라의 폐로화 과정에서 경험적으로 나타난 것이다. 미국에서는 원자로의 폐로가 준비금으로 폐로 비용의 약 1/3인 약 700억 달러는 납세자가 부담하게 된다. SMR의 경우에는 동일한 기간과 그에 비례하는 정리(제염) 비용이 든다. Nu Scale사의 경우 60MW의 원자로 12기, 합계 720MW의 발전용량을 상정하고 있다. 그 경우의 정리 비용은 7억 2,000만 달러 정도가 될 것으로 보인다. SMR을 지지하는 사람들은 원자로가 폐로를 위해 집중형 핵폐기물 처분장에서 관리될 것으로 기대하겠지만, 세계 어느 나라도 집중형 핵폐기물 처분장을 건설할 수 없기 때문에 이 전제는 성립될 수 없다.

 

셋째, 어떠한 원자로도 민간 보험만으로는 가동할 수 없다. 원자력발전소를 가진 모든 국가에서는 민간의 배상책임에 어느 정도의 상한을 마련하고, 그 이상의 배상책임은 납세자에게 지우는 법률을 제정하고 있다. 현재 미국에서는 130억 달러 규모라고 한다. 큰 숫자로 들리지만 앞서 지적한 것처럼 후쿠시마 원전 사고의 배상 책임이 1조 달러 규모였다. 그러한 배상 책임을 지는 국가의 수는 세계적으로 늘어나기는 커녕 줄어들고 있다.

 

그렇다면 누가, 무엇 때문에, SMR을 주창하고 있는가?

 

캐나다에서는 1억 5,000만 달러, 미국에서는 그 10배의 예산이 계상되고 있지만, 대부분이 연구 개발에 충당되고 있다. 예외적으로 Nu Scale사에 10억 달러 이상의 자금이 투입되어 이론상 무언가를 만들기로 되어 있다. 캐나다에서는 Alberta, Ontario, New Brunswick, Saskatchewan 등의 4개 주가 SMR 컨소시엄을 결성하고 있다. 빌 게이츠의 Terrapower는 8,000만 달러를 미국 에너지부로부터 받고 있으며, X-Energy사도 마찬가지다.

 

소형 모듈원자로가 실패할 조건에 놓여 있다는 것은 너무나 명확하다. 큰 시장이 없고 명확한 우승자를 창조해 낼 능력도 없다. 보안 비용이 필요하고 열효율을 높이기 위한 수직 스케일링이 불가능하다는 것도 분명하다. 보안 위험과 그에 따른 비용, 그리고 배상책임보험에 상한선이 있다는 점도 분명하다. 그렇다면 왜 SMR에 이만큼의 자금과 에너지가 투입되고 있는가. 크게 나누어 두 가지 이유가 있는데, 그나마 비판에 조금이라도 견딜 수 있는 것은 그 중 하나뿐이다.

 

우선 최악의 이유부터 보자. SMR에 힘을 쏟고 있는 캐나다의 각 주는 기후위기 대책의 중요한 일환으로 SMR을 도입한다고 주장한다. 모두 보수파의 주정부이다. 뉴브런즈윅 주에는 옛 고가의 폐쇄 예정 원자로가 1기 있는데, 이들 주 중에서 원자력발전소를 보유하고 있는 것은 이 주만으로 Joi Scientific사의 수소연구기관 같은 나쁜 에너지의 추억에 자금을 넣은 실적이 있다. 그 가운데 온타리오는 적극적으로 자연에너지에 적대하고 있다. 현 주정부는 758건의 자연에너지 계약을 중단하고 선거 후 최초의 대처로 고정가격매입제도까지 폐지하는 법까지 제정하였다.

 

왜 이런 일을 하는 것일까. 이는 기후위기 대책을 하고 있는 것처럼 보이게 하여 정부의 기후 대책을 미루게 할 수 있기 때문이다. 자연에너지는 목적에 적합하지 않다고 주장함으로써 가장 지능이 낮고 사려 없는 지지자들에게 맞춰질 수 있다. 한편, SMR은 최신의 배치·운전 가능한 형태가 아직 존재하지 않기 때문에, 진짜 문제에 직면하는 일도 없다.

 

또 다른 큰 이유는 자연에너지에 기인하는 것이다. 15년 전에는 자연에너지가 너무 비싸고 송전망의 신뢰성에 문제가 있어 대량의 원자력이 필요하다고 주장할 수 있었다. 그러나, 15년간에 걸친 원자력발전의 전개 실패와, 무엇보다 자연에너지의 비용 저하와 송전망의 신뢰성이 증명됨에 따라 이 의견은 부정되었다. 지금은 자연에너지가 필요한 송전망 전력의 80%를 경제적으로 공급할 수 있다고 거의 모든 진지한 분석가들이 인정하고 있다. 다만 나머지 20%에 대해서는 신뢰할 수 있는 분석가들 사이에서 아직 논란 중이다.

 

스탠포드 대학의 마크 Z 제이콥슨 교수와 그 팀은 이 논의의 중심에 있다. 이들은 2000년대 후반부터 ‘2050년까지 자연에너지 100%로 만든다’는 테제에 대해 보다 광범위하고 고도의 연구를 정기적으로 발표해 왔다. 2015년 발표에는 많은 반발이 있었다. 그 당시 근본적인 불일치에 대한 나의 평가는, 그것에 대한 비판을 발표한 사람들이 마지막 20%는 너무 비싸고 핵과 탄소 포집 및 격리가 모두 필요하고 규모가 큰 구성 요소가 될 것이라고 생각했다는 것이다.

 

개인적으로 저는 수학의 다양한 측면을 수행하고 전 세계의 그리드 안정성 및 변환 데이터를 살펴보고 부수적인 서비스 요구 사항을 살펴보았는데, Jacobson과 그의 팀이 옳다고 생각했다. 게다가 자연에너지가 적어도 과제의 80%를 해결할 수 있다는 것은 모두가 인정하고 있기 때문에 가능한 한 신속하게 도입해야 한다고 생각한다.

 

그러나 마지막 20%를 확실히 커버하기 위해, 하나 또는 두 개의 부차적인 수단에 베팅하는 것은 매우 합리적일 것이다. 나는 SMR에 연구비를 사용해도 상관없다고 생각한다. SMR에 대한 지출의 대부분은 Nu Scale의 구제 조치(오하이오 주 13억 달러의 구제 조치 외에도 매년 17억 달러의 연방 보조금, 또 매년 40억 달러의 숨겨진 보안 보조금, 여기에는 또 700억 달러의 설정되어 있지 않은 클린업 보조금도 있다. 이것 또한 납세자 부담으로 된다) 이외의 것에 사용되고 있기 때문이다. 최후의 20%를 확실히 커버하기 위해, 부유한 나라에서 수천만 달러를 지출하는 것은 합리성이 있다.

 

하지만 SMR이 에너지 생성의 기본적인 또는 유일한 해답이라고 주장하는 사람들은, 그들이 말하는 내용을 모르거나 적극적으로 위장하거나 의도적으로 기후 행동을 지연시키려고 하든가, 그 가운데 하나일 것이다.

 

 

*WRITTEN BY Michael Barnard

is Board Observer and Strategist for Agora Energy Technologies a CO2-based redox flow startup, a member of the Advisory Board of ELECTRON Aviation an electric aviation startup, Chief Strategist at TFIE Strategy and co-founder of distnc technologies. He spends his time projecting scenarios for decarbonization 40-80 years into the future, and assisting executives, Boards and investors to pick wisely today. Whether it's refueling aviation, grid storage, vehicle-to-grid, or hydrogen demand, his work is based on fundamentals of physics, economics and human nature, and informed by the decarbonization requirements and innovations of multiple domains. His leadership positions in North America, Asia and Latin America enhanced his global point of view. He publishes regularly in multiple outlets on innovation, business, technology and policy. He is available for Board, strategy advisor and speaking engagements.

 

*芝雲 역/정리(김포시에협)

 

 

*참고자료

-100% 재생에너지 발전시스템, 불가능 아니다!

100% 재생에너지 발전시스템, 불가능 아니다!