엔비디아 다음으로 주목을 받고 있는 SMR(Small Modular Reactor : 소형 모듈식 원자로),는 AI 시대에서 가장 큰 문제로 꼽히는 전력이 2028년에는 데이터센터가 현재 소비하는 전력의 최소 두 배 이상 사용할 것으로 추정된다고 내다봤습니다. 이로써 SMR(소형 모듈식 원자로) 성장세 정책 및 전략 전망까지 알아보겠습니다.
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1. SMR이란?
Small Modular Reactor(소형 모듈식 원자로)의 준말. 기존 대비 작은 용량과 모듈식 설계를 채택한 원자로를 뜻합니다. 기존의 화력발전을 압도하는 수준의 대출력을 낼 수 있는 게 원자력 발전이며, 동시에 신재생 에너지보다도 적은 수준의 탄소를 발생시키는 친환경성까지 갖추고 있으며, SMR은 전기출력 규모가 300 메가와트일렉트릭(MWe) 이하급으로 IAEA(국제원자력기구) 기준 소형 원자로에 속합니다. IAEA는 300 MWe 이하급은 소형, 300~700 MWe급은 중형, 1000 MWe 이상급은 대형 원자로로 구분하고 있습니다.
SMR 특징
SMR의 특징은 기존에 아예 다른 장치로 독립되어 있던 핵심 장비들이 모두 원자로 안에 통합되어 있다는 점입니다. SMR은 자연대류만으로 노심을 냉각할 수 있도록 설계되므로 강제대류용 대형 펌프는 없어도 되고 초대형 노심을 냉각하기 위해 사용하는 초고압(BWR은 70~80 기압, PWR은 150 기압) 수도 필요하지 않고 비교적 낮은 압력의 냉각수를 사용할 수 있어서 대형 가압기도 필요가 없다는 게 특징입니다.
| 안전성 | 피동 및 고유 안전성 강화 중대사고 발생가능성 극소화 소요부지가 작으므로 비상계획구역 축소 가능(용량 감소, 부지 축소) |
| 다목적 | 전력 생산, 산업공정 열 생산, 수소 생산, 해수 담수 가능 전력수요에 따라 용량 규모 조정, 출력변환 가능 분산형 전원으로 활용가능하여 재생에너지와 하이브리드 시스템 구성 용이 |
| 경제성 | 대형 경수로 대비 투자 위험성이 낮아 민간투자자 참여 용이 전력, 열, 수소를 번갈아 생산할 수 있어 안정적인 비즈니스 모델확보 단순화, 표준화된 기기와 모듈을 공장제작 후 현장설피하여 건설공기 단축 |
SMR 종류
*SMR은 원자로 및 냉각재의 종류의 따라 4가지 형태로 구분될 수 있습니다.
PWR(Pressurlzed Water Reactor : 가압수형 원자로)
미국의 상업용 원자로의 약 65%를 차지하고 있는 가장 보편화된 원자로 종류. 냉각재와 감속재로 물을 사용하며, 저농축 우라늄을 연료로 사용하며 원자로 노심의 핵분열로 발생한 열을 이용하여 증기 터번을 구동시켜 전기를 생산합니다. 원자로 타입 중에서 가장 보편화된 형태로 기능과 안전성 면에서 입증된 자료 또는 사례가 많아 각종 정부 승인 절차에 있어 유리한 장점이 있습니다.
BWR(Boiled Water Reactor : 비등수형 원자로)
PWR에 이어 미국에서 2번째로 많이 활용되고 있는 원자로 타입. PWR과 같이 저농축 우라늄을 원료로 사용하며 냉각재 및 감속재로는 경수를 사용합니다. PWR과 다르게 원자로 내에서 냉각재를 가열하여 발생한 증기로 직접 터빈을 구동시키는 방식으로 별도의 증기발생기가 필요 없는 장점이 있지만 격납고 외부의 터빈이 방사선에 노출되는 단점이 있습니다.
HTGR(High Temperature Gas-cooled Reactor : 고온가스냉각형 원자로)
헬륨 가스를 냉각재로 사용하며 흑연이나 세라믹 재료를 혼합한 농축 우라늄 또는 토륨(Th)을 연료로 사용합니다. 경수로 보다 높은 온도에서 작동하며 수동 냉각이 가능하여 안전성 면에서 유리한 측면이 있습니다. 1000℃ 수준의 높은 열을 생산하고 열효율이 높아 산업용 또는 지역난방용 발전에 적합한 타입니다.
MSR(Molten Salt Reactor : 용융염 원자로)
우라늄이나 토륨을 포함하는 불소염의 액체 연료 혼합물(용융염)을 연료와 냉각재로 동시에 사용합니다. HTGR과 같이 생산 온도와 열효율이 높고 원자로 내 압력이 비교적 낮기 때문에 안전성 면에서 뛰어난 장점이 있습니다. 최근에는 친환경 선박의 에너지 원으로 활용하기 위한 많은 연구와 개발이 진행되고 있습니다.
2. SMR 정책 및 전략
SMR이'탄소 중립' 시대 에너지 분야의 게임체인저로 불릴 정도로 각광을 받으면서 미국, 일본, 중국, 러시아 등 주요국들이 개발 경쟁에 뛰어들었습니다.
전 세계 80여 종의 소형원자로 개발이 진행되고 있다고 합니다. 2035년 SMR 시장이 최대 630조 원 규모로 커질 수 있다는 전망까지 나오고 있습니다.
SMR 선도국 도약···한국형 혁신형 SMR(i-SMR) 독자개발 집중 투자
정부는 향후 세계시장에서 경쟁할 한국형 소형모듈 원전 i-SMR 개발을 가속화하기 위해 전년대비 9배(600억 원 규모)의 예산을 증액했습니다. 2028년 개발 완료를 목표로 국내 원자력계 역량을 결집해 나간다는 구상입니다.
특히 i-SMR을 포함한 다양한 노형(원자로 타입)의 국내·외 사업화에 다양한 민간기업이 참여해 전문성을 발휘할 수 있도록 사업체계와 전략을 연내 마련해 본격 추진해 나갈 예정입니다.
정부는 모듈형 제작·설치가 가능한 SMR의 확산에 따라'공장에서 원전을 만들어 수출하는 시대'가 열릴 것에 대비해 우수한 국내 원전 활용, SMR 위탁 생산 시장을 선점하기 위한 전략도 추진하고 있습니다.
이를 위해 올해 시작한 SMR 혁신 및 공정 R&D를 지속적으로 확대하고, 지역 기업들의 SMR 역량 강화를 위한 지원도 늘립니다. 정부는 SMR 설계·제작·사업개발 분야 기업들에 전문으로 투자하는 정책 펀드 신설·운영도 추진해, 국내 SMR 산업 활성화를 촉진할 계획입니다.
| 주요 기업별 SMR 사업 현황 | |
| SK | 테라파워 2억 5000만 달러 투자 |
| HD현대 | 테라파워 3000만 달러 투자 |
| 두산 에너빌리티 | 뉴스케일파워 1억380만 달러 투자 |
| 삼성물산 | 뉴스케일파워 7000만 달러 투자 |
| 현대건설 | 미국 홀텍과 영국 SMR 프로젝트 공동 진행 |
과학기술정보통신부 홈페이지에 올라온'과학기술&정보통신기술(ICT) 정책·기술동향' 자료에 따르면 미국은 다양한 원자로형을 개발 중입니다. 대부분 2030년 초 가동이 목표이며, 일부는 인허가 과정에 진입했다고 발표했습니다.
마이크로소프트 창업주 빌 게이츠가 2006년 세운 SMR 설계 기업 테라파워에는 국내 기업도 투자를 했습니다.
SK㈜와 SK이노베이션이 미국 외국인투자심의위원회 승인을 받아 2억 5000만 달러(약 3000억 원) 규모의 지분 투자를 할 것이라고 합니다.
한국수력원자력이 테라파워에 약 4000만 달러(약 534억 원)를 투자한다는 소식도 전해왔습니다.
테라파워는 차세대 원자로 중 하나인'소듐냉각고속로(SFR) 설계 기술을 갖고 있습니다. 지난 6월 미국 와이오밍주에서 SMR'나트륨'을 포함한 전력 생산 장비 등 제반 공사에 착수했습니다.
3. SMR 향후 전망 및 장단점
장점
소형화 및 모듈화
*설계 및 건설 용이 : SMR은 작은 규모로 설계되어 있어 대형 원자로에 비해 건설과 운영이 상대적으로 용이합니다.
*단계적 확장 : 필요에 따라 모듈을 추가하여 용량을 확장할 수 있어 유연한 전력 공급이 가능합니다.
비용 효율성
*낮은 초기 비용 : 대형 원자로에 비해 초기 건설 비용이 낮아 경제적 부담을 줄일 수 있습니다.
*모듈화 : 모듈화 된 설계로 인해 비용이 분산되며, 프로젝트의 리스크를 줄일 수 있습니다.
안전성
*자연순환 시스템 : 많은 SMR 설계는 자연순환 냉각 시스템을 사용하여 안전성을 높여줍니다.
*통합형 설계 : 핵심 시스템이 통합되어 있어 사고 발생 시 여러 안전장치가 동시에 작동합니다.
*경량화 : 대부분의 SMR은 재료와 설계에서 경량화를 통해 안전성을 강화합니다.
환경적 요인
*저탄소 배출 : SMR은 화석 연료에 비해 탄소 배출이 적어 기후 변화에 긍정적인 영향을 미칩니다.
*효율적 에너지 생산 : 고온가스로 원자로(HTGR)와 같은 SMR 기술은 높은 효율성을 가지고 있습니다.
모듈화 및 이동성
*원격 지역 전력 공급 : 소형 원자로는 전력망이 부족한 원격 지역에 설치할 수 있어 전력 접근성을 높여줍니다.
* 신속한 배치 : 기존의 원자력 발전소보다 빠르게 건설할 수 있어 긴급 전력 수요에 대응할 수 있습니다.
단점
경제적 문제
*단위당 비용 : 소형 원자로의 단위당 전력 생산 비용이 대형 원자로보다 높을 수 있습니다.
*상업화 리스크 : SMR 기술의 상업화가 아직 초기 단계에 있어 시장의 불확실성이 존재합니다
기술적인 도전
*기술 개발 : 새로운 기술이기 때문에 아직까지 많은 부분에서 개발이 필요하며, 신뢰성을 보장하는데 시간이 필요합니다.
*규제 및 인증 : 각국의 규제 기관에서 SMR의 안전성과 효율성을 인정받기 위한 과정이 복잡합니다.
용량 한계
*전력 용량 제한 : SMR은 대형 원자로에 비해 전력 생산 용량이 제한적이어서 대규모 전력 수요를 충족하기 어렵습니다.
*집중적 발전 : 대형 원자로와 비교해 상대적으로 전력 밀도가 낮을 수 있어 여러 개의 SMR이 필요합니다.
경험적 데이터 부족
*SMR은 개발 단계를 거치고 있는 만큼 설계, 건설, 안전성 등 각 단계에 대한 데이터가 아직은 부족할 수 있습니다. 기존의 원자력 발전에 적용된 사례를 활용하여 개발을 진행하고 있지만 기존 데이터로는 아직까진 한계가 있습니다.
SMR 관련 주식 및 전망
Westinghouse Electric Company(웨스팅하우스)
미국에 위치한 세계적인 종합 원자력 기업입니다. 1896년 설립된 웨스팅하우스는 1997년 사명을 CBS로 바꾸고, 1999년 원자력 사업을 분사시켰습니다. 현재의 웨스팅하우스는 분사된 기업입니다. '웨스팅하우스'라는 상표권은 SBS의 후신인'파라마운트 글로벌'이 가지고 있습니다
Nuscale Power Corporation(누 스케일 파워)
소형 모듈형 우너자로 SMR를 설계하고 판매하는 미국의 상장 기업입니다. 본사는'오리건주 포틀랜드'에 있으며 2020년 8월 미국 원자력 규제 위원회로부터 최초로 SMR 설계 인증을 받았습니다.
Rolls-Royce(롤스로이스)
영국에 본사를 두고 있는 엔지니어링 전문 기업입니다. 자동차 브랜드로 유명하며 롤스로이스는 SMR 사업에도 적극적으로 참여하고 있습니다. 저비용, 저탄소 에너지 설루션을 제시하는'UK SMR'의 설계를 맡고 있으며 2030년경 영국 최초의 상용 SMR 설치를 목표하고 있습니다.
General Electric(GE)(제너럴일렉트릭)
항공기 엔진의 세계 최강자라 할 수 있는 회사이다. 이름만 들으면 누구나 아는 민수 여객기와 군용기들의 엔진을 도맡아 생산 중이며, 상품생산의 다각화면에서도 세계 수위로 손에 꼽힙니다. 금융업에도 관계하며, 다수의 제조업체를 소유하고 있으며, 1892년 에디슨제너럴전기기획사를 비롯한 다른 2개의 전기회사의 자산을 모두 인수하면서 법인으로 등록하였습니다.
SMR 시장 전망
영국 국립원자력 연구소에 따르면 SMR의 시장 규모는 2035년 4800억 달러(약 620조 원) 규모가 될 것으로 전망하고 있습니다. 또한 롤스로이스는 보고서를 통해 2035년 글로버로 SMR 전력 생산량은 최대 85GW 수준으로 늘어날 전망이며 중국이 약 15GW, 미국 러시아가 약 10GW를 차지하여 이들 세 나라에 SMR 생산 시설이 집중될 것으로 예측합니다.