개량 가스냉각로
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목차
1. 개요
개량 가스냉각로(AGR)는 흑연을 감속재로, 이산화탄소를 냉각재로 사용하는 영국의 원자로 유형이다. AGR은 저농축 우라늄을 연료로 사용하며, 41%의 높은 열효율을 가지도록 설계되었다. AGR은 운전 중 연료 교환이 가능하지만, 건설 및 운영 과정에서 여러 문제에 직면했다. 현재 영국에서 운영 중인 AGR 원자로는 점진적으로 폐쇄될 예정이다.
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| 개량 가스냉각로 | |
|---|---|
| 개요 | |
 | |
| 유형 | 원자력 |
| 노심 재료 | 이산화 우라늄 |
| 감속재 | 흑연 |
| 냉각재 | 이산화 탄소 |
| 국가 | 영국 |
| 역사 및 개발 | |
| 개발 주체 | 영국 원자력 공사 |
| 최초 건설 | 1962년 |
| 최초 가동 | 1976년 |
| 폐쇄 계획 | 2030년대 (예상) |
| 개발 배경 | 마그녹스 원자로의 후계 모델로 개발됨 |
| 기술적 특징 | |
| 작동 온도 | 650 °C |
| 열효율 | 약 41% (석탄 화력 발전소와 유사) |
| 노심 설계 | 스테인리스강 피복의 이산화 우라늄 연료 사용 |
| 안전성 | 마그녹스에 비해 더 높은 온도에서 작동 더 높은 효율 |
| 운영 및 현황 | |
| 운영 주체 | EDF 에너지 |
| 현재 상태 | 단계적 폐쇄 준비 중 |
| 폐쇄 이유 | 경제성 및 안전 문제 |
| 향후 계획 | 핵연료 제거 및 시설 해체 |
| 추가 정보 | |
| 관련 프로젝트 | 윈드스케일 개량 가스 냉각로 |
| 참고 자료 | 셀라필드 사이트 - WAGR OECD 원자력 에너지 기구 - EDF 에너지의 고급 가스 냉각로 연료 제거 및 해체 작업 준비 |
| 관련 용어 | 원자력 발전 원자로 마그녹스 가압 경수로 |
2. 가스냉각로(GCR)의 일반적인 유형
가스냉각로(GCR)는 천연우라늄을 연료로 사용하고, 흑연을 감속재로, 기체를 냉각재로 사용하는 원자로이다. 냉각재로는 주로 이산화탄소가 사용되며, 이 기체로 원자로 내부의 열을 뽑아내 수증기를 발생시킨다. 이 때문에 ‘흑연가스형원자로’ 또는 ‘흑연가스로’라고도 불린다. 최초의 가스냉각로는 1956년 영국의 콜더홀 원자력 발전소에서 개발되었다.
초기 가스냉각로는 탄산가스를 냉각재로, 천연우라늄을 연료로, 흑연을 감속재로 사용했으며, 영국이 개발을 주도했다. 현재 가스냉각로는 크게 다섯 가지 유형으로 개발되고 있다.
- 마그녹스(Magnox)형 원자로: 천연우라늄을 연료로 사용하고 흑연을 감속재로 쓰는 방식으로, 영국에서 개발되었다.
- 보홀리체(Bohunice) 원자로: 천연우라늄을 연료로 사용하고, 중수를 감속재로 쓰는 방식으로, 슬로바키아에서 운영되었다.
- 흑연개량가스냉각로(AGR, advanced gas-cooled reactor): 저농축우라늄을 연료로 사용하고 연료봉에 스테인리스강 피복을 이용하는 방식으로, 영국에서 개발되었다.
- 고온가스냉각로(HTGR, high temperature gas-cooled reactor): 고온에서 운전되고 헬륨으로 냉각되는 탄소피복입자연료를 이용하는 방식으로, 미국에서 개발되었다.
- 가스냉각고속증식로(GCFR, gas-cooled fast breeder reactor): 냉각재로 기체를 사용하는 고속증식로이다.
2. 1. 마그녹스(Magnox) 원자로
가스냉각로(GCR)의 한 유형으로, 천연우라늄을 연료로 사용하고 흑연을 감속재로 쓰는 원자로이다.[1] 마그녹스(Magnox)라는 이름은 원자로 안에 넣는 연료봉의 피복재로 쓰인 마그네슘합금에서 유래했다.[1]최초의 마그녹스형 원자로는 영국 셀라필드 원자력 단지 내에 설치된 콜더홀(Calder Hall) 원자로이다.[1] 이 원자로는 세계 최초의 상업용 원자력 발전소로 기록되었으나, 가동한 지 47년 만인 2003년에 가동을 중단하고 문을 닫았다.[1]
2. 2. 흑연개량가스냉각로(AGR)
흑연개량가스냉각로(AGR, advanced gas-cooled reactor)는 가스냉각로(GCR)의 한 유형으로, 영국에서 개발되었다. 이 방식은 저농축우라늄을 연료로 사용하며, 연료봉의 피복재로는 스테인레스스틸을 이용한다.2. 3. 고온가스냉각로(HTGR)
고온가스냉각로(HTGR, high temperature gas-cooled reactoreng)는 미국에서 개발된 방식으로, 고온에서 운전되며 헬륨을 냉각재로 사용하고 탄소피복입자연료를 이용한다. 이 방식은 다른 원자로에서는 얻기 어려운 800°C에서 900°C에 이르는 매우 높은 출구 온도의 가스를 얻을 수 있어 '고온가스로'라고도 불린다. 고온가스냉각로는 차세대 에너지원으로 주목받는 수소를 효율적으로 생산할 수 있는 방안으로 여겨지고 있다.2. 4. 가스냉각고속증식로(GCFR)
다섯 번째 유형은 냉각재로 기체를 사용하는 가스냉각고속증식로(gas-cooled fast breeder reactoreng)이다.[1] 고속증식로에서는 많은 열이 발생하므로, 냉각재로 비등점이 높으면서도 중성자가 감소되지 않는 액체금속인 나트륨을 사용하며, 이 때문에 액체금속로라고도 부른다.[1] 끓는점이 높은 액체 나트륨으로 증기를 만들어 터빈을 가동시켜 발전한다.[1]3. AGR의 디자인
개량 가스냉각로(AGR)는 기존의 상업용 석탄 화력 발전소와 동일한 증기 조건을 사용하여, 동일한 설계의 터보 발전기 플랜트를 사용할 수 있도록 설계되었다. AGR 설계의 주요 목표 중 하나는 높은 작동 온도를 달성하는 것이었다. 노심을 나가는 냉각재(이산화 탄소)의 평균 온도는 648°C에 달하도록 설계되었으며, 과열기 출구에서의 증기 온도와 압력은 각각 543°C와 170 bar (약 2,485 psi)를 목표로 했다.
이러한 고온 운전은 AGR이 약 41%의 높은 열효율을 달성할 수 있게 해주는데, 이는 일반적인 가압수형 원자로(PWR)의 열효율(약 34%)보다 우수한 수치이다[7]. 높은 냉각재 온도는 가스 냉각 방식 덕분에 가능했지만(PWR의 냉각재 최고 온도는 약 325°C), 고온의 이산화탄소가 흑연 감속재와 반응하는 문제를 해결해야 했다. 이를 위해 상대적으로 낮은 온도(278°C)의 냉각재 흐름을 이용해 흑연 노심을 냉각시켜 마그녹스 원자로와 비슷한 수준의 온도를 유지하도록 설계되었다.
AGR은 연료로서 2.5~3.5% 농축된 이산화 우라늄 펠릿을 사용하며, 스테인리스 강으로 피복한다. 냉각재로는 이산화 탄소를, 감속재로는 흑연을 사용한다.[5][6] 원자로 노심과 보일러(증기 발생기)는 프리스트레스 콘크리트로 만들어진 하나의 압력 용기 안에 통합되어 있는 것이 특징이다.
설계 당시 AGR은 마그녹스, CANDU, RBMK 원자로처럼 운전 중 연료 교환(Online refuelling|온라인 연료 보급eng)이 가능하도록 고안되었다. 이는 발전소 가동률을 높여 경제성을 확보하기 위한 중요한 특징으로 간주되었으나, 실제 운전 과정에서 기술적인 문제들이 발생하여 현재는 제한적으로 운용되고 있다.
AGR은 영국이 미국의 경수로 설계에 대한 대안으로 개발한 원자로 노형이다. 운용상 성공을 거둔 마그녹스 설계를 발전시킨 것으로, 여러 경쟁적인 영국 자체 개발 노형들과의 경쟁을 거쳐 선택되었다. 당시 영국 중앙전력청(CEGB)은 상세한 경제성 평가를 통해 던지네스 B에 제안된 AGR이 다른 원자로나 최상의 석탄 화력 발전소보다 더 저렴하게 전력을 생산할 수 있을 것으로 결론 내렸다.
3. 1. 연료
AGR의 연료는 이산화 우라늄 펠릿 형태로, 우라늄 농축도는 2.5~3.5% 수준의 저농축 우라늄 연료를 사용한다. 이 펠릿들은 스테인리스 강으로 만들어진 관(연료봉)에 들어있다. 원래 AGR 설계 초기에는 베릴륨 기반의 연료 피복재를 사용하려고 했으나, 취성 파괴 문제 때문에 부적합한 것으로 판명되었다.[4] 결국 피복재는 스테인리스 강으로 변경되었는데, 스테인리스 강은 베릴륨보다 중성자를 더 많이 흡수하는 성질이 있다. 이 때문에 연료의 우라늄 농축도를 더 높여야 했고, 이는 AGR의 전력 생산 비용을 증가시키는 결과를 가져왔다.AGR은 마그녹스, CANDU, RBMK 원자로처럼 원자로 가동 중에도 연료를 교체할 수 있도록 설계되었다(Online refuelling|온라인 연료 보급eng). 이는 AGR을 선택하는 데 있어 중요한 경제적 이점으로 여겨졌으며, 1965년 영국의 Central Electricity Generating Boardeng(CEGB)는 AGR이 석탄 화력 발전소보다 더 저렴하게 전력을 생산할 수 있다고 주장하기도 했다. 그러나 최대 출력 상태에서 연료를 교체할 때 연료 집합체에 진동이 발생하는 문제가 생겼다. 이로 인해 1988년부터 1990년대 중반까지 최대 출력 상태에서의 연료 교체가 중단되었고, 시험 과정에서 연료봉이 노심에 걸리는 사고도 발생했다. 이러한 문제들 때문에 현재 AGR에서는 원자로 출력을 낮춘 상태에서 부분적으로 연료를 교체하거나, 아예 원자로 가동을 멈추고 연료를 교체하고 있다.
AGR 연료의 연소도는 타입 2 연료의 경우 1톤당 27,000 MWth-일, 개량된 로버스트(robust) 연료의 경우 최대 1톤당 34,000 MWth-일 수준이다. 이는 일반적인 PWR의 연소도(1톤당 40,000 MWth-일)보다 낮기 때문에 연료 사용 효율이 떨어진다는 단점이 있으며, 이는 AGR의 높은 열효율이라는 장점을 일부 상쇄시킨다.[8]
3. 2. 냉각재 및 감속재
개량 가스냉각로(AGR)는 냉각재로 이산화 탄소(CO2)를 사용하고, 감속재로는 흑연을 사용한다.[5][6]'''냉각재'''인 이산화탄소는 노심을 순환하며 열을 전달한다. 노심을 빠져나올 때 냉각재의 평균 온도는 약 640°C에 달하며[7], 압력은 약 40 bar (약 580 psi)까지 올라간다. 이 고온의 냉각재는 노심 외부에 위치한 보일러(증기 발생기) 집합체를 통과하여 증기를 생성시키지만, 전체 순환 과정은 강철로 보강된 철근 콘크리트 압력 용기 내부에서 이루어진다. 증기 발생기를 거쳐 터빈을 돌리고 난 뒤 다시 노심으로 들어가는 냉각재의 온도는 약 278°C로 낮아진다.
이렇게 높은 냉각재 온도는 AGR이 약 41%의 높은 열효율을 달성할 수 있는 주요 요인이다. 이는 일반적인 가압수형 원자로(PWR)의 열효율(약 34%) 및 냉각재 최고 온도(약 325°C)보다 상당히 높은 수치이다[7].
그러나 고온의 이산화탄소는 흑연 감속재와 반응하여 산화시킬 수 있다. 이 문제를 해결하고 흑연 코어의 수명을 확보하기 위해, 상대적으로 낮은 온도(278°C)로 되돌아오는 냉각재의 일부 흐름(리엔트런트 플로우, re-entrant flow)을 이용하여 흑연 코어를 적극적으로 냉각시킨다. 이를 통해 흑연 코어의 온도를 마그녹스 원자로와 비슷한 수준으로 유지하여 과도한 산화를 방지한다.
또한, 비상시 2차 정지 시스템으로 냉각재 회로에 질소 가스를 주입하는 기능이 있다. 주입된 질소는 열 중성자를 흡수하여 핵분열 연쇄 반응을 효과적으로 중단시킨다[5][6]. 만약 제어봉 삽입이 불충분하고 질소 주입 시스템도 작동하지 않거나 압력 유지가 불가능할 경우를 대비하여, 붕소로 만들어진 작은 구슬들을 원자로 내부에 투입하는 3차 정지 시스템도 갖추고 있다[5][6].
'''감속재'''로는 흑연이 사용된다. 흑연은 핵분열 과정에서 발생하는 고속 중성자의 속도를 효과적으로 줄여(감속시켜) 우라늄 연료와의 핵분열 반응이 지속적으로 일어날 수 있도록 돕는다. 원자로의 출력을 조절하고 정지시키는 제어봉은 이 흑연 감속재 블록 사이를 관통하며 삽입되거나 인출되는 구조로 되어 있다.
3. 3. 운전 특성
개량 가스냉각로(AGR)는 기존의 석탄 화력 발전소와 유사한 증기 조건을 가지도록 설계되어, 동일한 터보 발전기 설비를 사용할 수 있다. 노심에서 나오는 고온 냉각재의 평균 온도는 648°C에 달한다. 이렇게 높은 온도를 유지하면서도 흑연 노심의 수명을 확보하기 위해, 보일러 출구에서 278°C로 낮아진 냉각재를 다시 흘려보내 흑연을 냉각시킨다. 이는 흑연 노심의 온도를 마그녹스 원자로와 비슷한 수준으로 유지하기 위함이다. 과열기 출구에서의 증기 온도와 압력은 각각 543°C와 170 bar (약 2485 psi)로 설계되었다.
연료로는 2.5~3.5% 농축된 이산화 우라늄 펠릿을 사용하며, 스테인리스 강으로 만든 관에 넣어 피복한다. 초기 설계에서는 베릴륨 피복재를 고려했으나, 취성 파괴 문제로 인해 부적합한 것으로 판명되었다.[4] 결국 중성자 흡수율이 더 높은 스테인리스 강을 사용하게 되었고, 이로 인해 연료 농축도를 높여야 했다. 이는 AGR의 발전 비용 상승 요인이 되었다. 냉각재인 이산화탄소는 노심을 순환하며 온도가 640°C, 압력은 약 40 bar (약 580 psi)까지 상승한다. 이 고온 고압의 냉각재는 노심 외부의 보일러(증기 발생기)를 통과하지만, 철근 콘크리트 압력 용기 내부에 머무른다.
제어봉은 흑연 감속재를 관통하며 삽입되어 핵분열 반응 속도를 조절한다. 2차 정지 시스템으로는 냉각재에 질소를 주입하여 중성자를 흡수시키는 방식이 사용된다. 만약 제어봉 삽입이 불충분하고 원자로 감압이 필요한 비상 상황에는, 붕소로 만든 작은 공들을 원자로 안에 투입하여 핵분열을 완전히 정지시키는 3차 정지 시스템도 갖추고 있다.[5][6]
AGR은 약 41%의 높은 열효율(생산 전력/발생 열)을 가지도록 설계되었으며, 이는 일반적인 현대 가압수형 원자로(PWR)의 열효율인 약 34%보다 우수한 수치이다.[7] 이는 가스 냉각 방식 덕분에 냉각재 출구 온도를 PWR의 약 325°C보다 훨씬 높은 약 640°C까지 올릴 수 있기 때문이다. 그러나 동일 출력 대비 노심 크기가 커야 하고, 연료 연소도가 PWR(약 40,000 MWth-day/톤)에 비해 낮은 편(최대 약 34,000 MWth-day/톤)이어서 연료 사용 효율이 떨어지는 단점이 있다.[8] 이는 높은 열효율의 장점을 일부 상쇄한다.
마그녹스, CANDU, RBMK 원자로처럼 AGR 역시 원자로 가동 중 연료 교환(온라인 연료 보급)이 가능하도록 설계되었다. 이는 AGR의 경제성을 높이는 중요한 요소로 간주되었다. 하지만 최대 출력 상태에서 연료를 교체할 때 연료 집합체에 진동이 발생하는 문제가 발견되었고, 심지어 연료봉이 노심에 걸리는 사고도 발생했다. 이 때문에 1988년부터 1990년대 중반까지 최대 출력 시 연료 교환이 중단되었다. 현재 AGR은 부분 부하 상태에서 연료를 교체하거나, 연료 교환을 위해 원자로 가동을 잠시 멈추고 있다.
프리스트레스 콘크리트로 제작된 압력 용기 안에는 원자로 노심과 보일러가 함께 들어있다. 압력 용기의 관통부를 최소화하여 잠재적인 파손 지점을 줄이기 위해, 보일러는 모든 비등과 과열 과정이 보일러 튜브 내에서 한 번에 이루어지는 원스-스루(once-through) 방식으로 설계되었다. 이 방식은 증발기 내 염분 축적과 부식 문제를 최소화하기 위해 초순수 사용을 요구한다.
AGR은 본래 미국의 경수로 설계에 대한 영국의 대안으로 개발되었다. 성공적으로 운영된 마그녹스 설계를 발전시킨 형태이며, 헬륨 냉각 초고온 원자로, 증기 발생 중수 원자로, 고속 증식로 등 다른 영국 자체 개발 노형들과 경쟁하여 선택되었다. 당시 영국 중앙전력청(CEGB)은 상세한 경제성 평가를 통해 던지네스 B에 제안된 AGR이 다른 경쟁 노형이나 최신 석탄 화력 발전소보다 더 저렴하게 전력을 생산할 수 있다고 판단했다.
3. 4. 제어 및 안전 시스템
제어봉은 흑연 감속재를 관통하여 설치되어 있다.2차 정지 시스템은 제어봉이 노심에 완전히 삽입되지 않는 비상 상황에 대비하기 위한 장치이다. 이 시스템은 냉각재에 질소 가스를 주입하여 작동하는데, 질소는 열중성자를 흡수하여 핵분열 연쇄 반응을 멈추게 한다.[5][6]
3차 정지 시스템은 제어봉 삽입이 충분하지 않고 원자로를 감압해야 하는 경우, 또는 질소 주입 시스템의 압력을 유지할 수 없는 최후의 상황에 사용된다. 이 시스템은 붕소로 만들어진 작은 공들을 원자로 안으로 직접 투입하여 핵분열 반응을 중단시킨다.[5][6]
안전성을 높이기 위해, 원자로 노심과 보일러는 프리스트레스 콘크리트로 제작된 압력 용기 내부에 설치된다. 압력 용기의 잠재적 파손 지점을 최소화하고자, 보일러는 증발과 과열이 모두 튜브 내에서 이루어지는 '원스-스루(once-through)' 방식으로 설계되었다. 이 설계는 보일러 튜브 내부에 염분이 쌓여 부식되는 문제를 줄이기 위해 초순수의 사용을 필요로 한다.
3. 5. 운전 중 연료 교환
AGR은 마그녹스, CANDU, RBMK 원자로처럼 운전 중 연료 교환(온라인 연료 보급)이 가능하다는 장점을 가지고 설계되었다. 이는 경수로와는 대조적인 특징이다. 운전 중단 없이 연료를 교체할 수 있다는 점은 AGR을 선택하는 중요한 경제적 근거 중 하나였으며, 1965년 영국의 중앙 발전 위원회(CEGB)와 정부는 이 기능을 통해 AGR이 최고의 석탄 화력 발전소보다 더 저렴하게 전력을 생산할 수 있다고 주장하기도 했다.그러나 실제 운전 과정에서 문제가 발생했다. 최고 출력 상태에서 연료를 교환하려 할 때 연료 집합체에 심한 진동이 발생하는 문제가 확인되었다. 이 때문에 1988년부터 최고 출력 상태에서의 연료 교환 작업이 중단되었으며, 이후 시험 과정에서 연료봉이 노심에 걸리는 사고가 발생하자 1990년대 중반까지 이러한 방식의 연료 교환은 이루어지지 않았다. 이 때문에 현재 AGR은 원자로 출력을 낮춘 상태(부분 부하)에서 연료를 교환하거나, 혹은 연료 교환을 위해 원자로 가동을 완전히 정지시키고 있다.
4. 역사
개량 가스냉각로(AGR) 디자인은 개발 초기 큰 기대를 모았다.[9] 영국 정부는 던제네스 B, 힝클리 포인트 B, 헌터스톤 B, 하틀풀, 헤이샴 등 5개 지역에 각각 2기의 원자로를 건설하는 야심찬 계획을 추진하며 수출까지 기대했다. 그러나 정치적인 이유로 초기 발주가 여러 컨소시엄에 분산되면서 비효율과 경쟁을 초래했다.
AGR 건설은 복잡하고 어려웠으며, 특히 첫 발전소인 던제네스 B는 심각한 건설 지연을 겪었다.[9] 이후 건설된 발전소들은 설계 변경을 거듭하며 일부 성공을 거두기도 했지만, 전반적으로 건설 및 운영상의 어려움이 지속되었다.[10] 전 재무부 경제 고문 데이비드 헨더슨은 AGR 프로그램을 콩코드와 함께 영국 정부가 후원한 가장 비용이 많이 든 실패한 프로젝트 중 하나로 평가했다.[11]
1980년대 발전 산업 민영화 추진 당시, AGR의 불확실한 운영 비용과 과소평가된 폐로 비용 문제로 인해 원자력 부문은 민영화 대상에서 제외되었다.[9] 한편, 셀라필드에 있던 소규모 프로토타입 AGR은 2010년을 기준으로 폐로 작업이 진행되었으며, 이는 향후 원자로 해체 연구에 기여했다.
4. 1. 건설 및 운영 문제
AGR(개량 가스냉각로) 디자인에는 초기에 큰 기대가 걸려 있었다.[9] 이에 따라 영국에서는 5개의 트윈 원자로 발전소(던제네스 B, 힝클리 포인트 B, 헌터스톤 B, 하틀풀, 헤이샴) 건설이라는 야심찬 계획이 즉시 추진되었고, 수출에 대한 기대감도 높았다. 그러나 정치적인 이유로 당시 중앙전력발생위원회(CEGB)는 초기 발주 물량을 3개의 다른 설계 및 건설 컨소시엄과 다양한 주요 하청업체에 분산하도록 지시했다.
이러한 분산 발주는 여러 문제를 야기했다. 최초의 3개 발전소는 동일한 설계 개념과 연료 핀 설계를 공유했지만, 세부 설계는 완전히 달랐다. 결과적으로 3개의 컨소시엄은 제한된 전문 인력을 확보하기 위해 경쟁해야 했고, 각 설계마다 고유하고 복잡한 안전성 평가를 받아야 했다. 또한, 프로그램 기간 내내 3개(나중에는 4개)의 서로 다른 AGR 원자로 설계를 지원해야 하는 부담을 안게 되었다.
AGR 발전소 건설은 복잡하고 현장에서 건설하기 어려운 것으로 판명되었으며, 당시 심각했던 노사 관계 문제도 어려움을 가중시켰다. 첫 번째 발전소인 던제네스 B는 1965년에 발주되어 1970년 완공을 목표로 했으나, 원자로 설계의 거의 모든 측면에서 문제가 발생하면서 완공이 13년이나 지연되어 1983년에야 발전을 시작할 수 있었다.[9] 던제네스 B보다 1~2년 후에 발주된 힝클리 포인트 B와 헌터스톤 B의 원자로 설계는 던제네스 설계보다 훨씬 우수한 것으로 입증되어 실제로는 던제네스 B보다 먼저 가동을 시작했다. 이후 헤이샴 A와 하틀풀에 건설된 AGR 설계는 발전소 부지 면적(풋프린트)과 보조 시스템 수를 줄여 전체 비용을 절감하려 했지만, 이는 오히려 건설을 더욱 어렵게 만들었다. 마지막으로 건설된 토르네스 및 헤이샴 B는 이전의 경험을 바탕으로 문제가 개선된 힝클리 설계를 다시 채택하고 내진 성능을 대폭 강화하여, 전체 AGR 보유 설비 중 가장 성공적인 성능을 보여주었다.[10] 전 재무부 경제 고문이었던 데이비드 헨더슨은 AGR 프로그램을 콩코드 여객기 개발과 함께 영국 정부가 후원한 가장 비용이 많이 들고 잘못된 프로젝트 중 하나로 지적하기도 했다.[11]
1980년대 영국 정부가 발전 산업 민영화를 추진할 때, 잠재 투자자를 위한 비용 분석 과정에서 AGR의 실제 운영 비용이 수년 동안 제대로 파악되지 않았다는 사실이 드러났다. 특히 폐로 비용이 심각하게 과소평가되어 있었다. 이러한 불확실성으로 인해 AGR을 포함한 원자력 발전 부문은 당시 민영화 대상에서 제외되었다.[9]
한편, 셀라필드(과거 윈즈케일)에 있던 소규모 프로토타입 AGR은 2010년을 기준으로 폐로 작업이 진행되었다. 원자로 노심과 압력 용기는 해체되었고, 현재는 건물의 외부 구조물만 남아있다. 이 폐로 프로젝트는 원자로를 안전하게 해체하는 방법에 대한 연구 목적도 가지고 있었다.
운영 중인 AGR 발전소에서도 여러 문제가 발생했다. 2016년 10월에는 원자로의 핵흑연 감속재 코어의 안정성에 대한 우려로 헌터스톤 B와 힝클리 포인트 B에 다관절 제어봉(super-articulated control rod)을 설치하기로 결정되었다. 2018년 초, 헌터스톤 B 3호기의 정기 점검 중 예상보다 빠른 속도로 흑연 코어에 새로운 키홈 루트 균열(keyway root cracks)이 진행되고 있음이 관찰되었다. 이에 운영사인 EDF는 추가 조사와 분석을 위해 정지 기간을 연장한다고 발표했다.[12]
같은 해 던제네스 B에서는 원자력 규제청(ONR)의 지시에 따른 검사 결과, 내진 설비, 배관, 저장 용기 등에서 "용납할 수 없는 수준의 부식"이 발견되었다. 이는 원자로가 가동 중인 상태에서도 존재했던 문제로 밝혀졌으며, ONR은 이를 국제 원자력 사고 척도(INES) 기준 레벨 2(고장)에 해당하는 사건으로 분류했다.[13]
4. 2. 안전성 논란
개량 가스냉각로(AGR) 설계는 초기에 큰 기대를 모았다.[9] 이에 따라 던제네스 B, 힝클리 포인트 B, 헌터스톤 B, 하틀풀, 헤이샴 등 5개 지역에 각각 2기의 원자로를 건설하는 야심찬 계획이 추진되었고, 수출에 대한 기대감도 높았다. 그러나 정치적인 결정으로 인해 CEGB는 초기 주문을 3개의 다른 설계 및 건설 컨소시엄과 여러 주요 하청업체에 분산시켰다. 이로 인해 첫 3개 발전소는 동일한 기본 설계 개념과 핵연료 설계를 공유했음에도 불구하고 세부 설계는 완전히 달라지는 결과를 낳았다. 결국 3개의 컨소시엄은 제한된 전문 인력을 확보하기 위해 경쟁해야 했고, 각기 다른 복잡한 안전 기준을 충족해야 했으며, 프로그램 기간 내내 3개(나중에는 4개)의 서로 다른 AGR 원자로 설계를 지원해야 하는 비효율이 발생했다.
AGR 발전소 건설은 복잡하고 현장에서 건설하기 어려운 것으로 판명되었으며, 당시 영국의 불안정한 노사 관계도 문제 해결을 더욱 어렵게 만들었다. 첫 번째 발전소인 던제네스 B는 1965년에 발주되어 1970년 완공을 목표로 했으나, 원자로 설계의 거의 모든 부분에서 문제가 발생하여 13년이나 지연된 1983년에야 발전을 시작할 수 있었다.[9] 던제네스 B보다 1~2년 늦게 발주된 힝클리 포인트 B와 헌터스톤 B의 설계는 던제네스 설계보다 훨씬 우수하다는 것이 입증되었고, 실제로 던제네스 B보다 먼저 가동을 시작했다. 이후 헤이샴 A와 하틀풀에 건설된 AGR 설계는 발전소 풋프린트(설치 면적)와 보조 시스템 수를 줄여 전체 비용을 절감하려 했으나, 오히려 건설 과정을 더욱 어렵게 만들었다. 마지막으로 건설된 토르네스와 헤이샴 B의 2개 AGR은 기존 힝클리 설계를 개선하고 내진 성능을 대폭 강화하여 가장 성공적인 운영 실적을 보였다.[10] 전 재무부 경제 고문이었던 데이비드 헨더슨은 AGR 프로그램을 콩코드 여객기 개발과 함께 영국 정부가 후원한 가장 비용이 많이 들고 실패한 프로젝트 중 하나로 지적했다.[11]
1980년대 영국 정부가 발전 산업의 민영화를 추진했을 때, 잠재 투자자들을 위한 비용 분석 과정에서 AGR의 실제 운영 비용이 수년간 제대로 파악되지 않았다는 사실이 드러났다. 특히 폐로 비용이 상당히 과소평가되어 있었다. 이러한 불확실성 때문에 원자력 발전 부문은 당시 민영화에서 원자력이 제외되었다.[9]
셀라필드(윈즈케일)에 있던 소규모 시험용 AGR은 2010년을 기준으로 폐로 작업이 진행 중이다. 노심과 압력 용기는 해체되었고, 현재는 건물의 외피만 남아있는 상태다. 이 폐로 프로젝트는 원자로를 안전하게 해체하는 방법에 대한 연구 목적도 겸하고 있다.
최근에도 AGR의 안전성 문제는 계속 제기되고 있다. 2016년 10월에는 원자로의 흑연 코어 안정성에 대한 우려로 인해 헌터스톤 B와 힝클리 포인트 B에 추가적인 제어봉을 설치하기로 결정되었다. 2018년 초, 헌터스톤 B 3호기의 정기 점검 중 예상보다 빠른 속도로 흑연 코어에 새로운 균열이 발생하는 것이 관찰되어, 운영사인 EDF 에너지는 추가 조사 및 분석을 위해 정지 기간을 연장한다고 발표했다.[12]
또한 2018년 던제네스 B에서는 ONR의 지시에 따른 검사 결과, 내진 설비, 배관, 저장 탱크 등에서 "용납할 수 없는 수준의 부식"이 발견되었다. 이는 원자로가 가동 중일 때부터 존재했던 문제로 추정되며, ONR은 이 사건을 INES 기준 레벨 2(사고)로 분류했다.[13]
4. 3. 수명 연장
운영 중인 AGR 발전소에서는 시간이 지남에 따라 노후화와 관련된 여러 문제가 발생하여 지속적인 운영 및 수명 연장에 영향을 미치고 있다. 2016년 10월, 원자로의 흑연 코어 안정성에 대한 우려가 제기되어 헌터스톤 B와 힝클리 포인트 B에 다관절 제어봉을 설치하기로 결정되었다.2018년 초, 헌터스톤 B 3호기에서는 정기 점검 중 예상보다 빠른 속도로 흑연 코어의 키홈 뿌리 부분에서 새로운 균열이 발생하는 것이 관찰되었다. 이에 운영사인 EDF는 추가적인 조사, 분석 및 모델링을 위해 정지 기간을 연장해야 했다.[12]
같은 해 던제네스 B에서는 ONR의 지시에 따른 검사 결과, 내진 관련 설비, 배관, 저장 용기 등에서 "용납할 수 없을 정도의 부식"이 발견되었다. 이는 원자로가 가동 중일 때부터 존재했던 심각한 문제로, ONR은 이를 INES 기준 레벨 2의 사건으로 분류했다.[13] 이러한 구조적 결함과 노후화 문제는 AGR 발전소의 장기적인 안전 확보와 수명 연장 가능성에 중요한 과제로 남아 있다.
5. 현재 AGR 원자로
현재 영국의 모든 개량 가스냉각로(AGR)는 EDF 에너지(EDF Energy)가 소유 및 운영하고 있다. 이 원자로들은 초기 설계 수명 이후 여러 차례 수명 연장을 거치며 가동되어 왔으나[14][15][18][21][22][27][28], 운영 기간 동안 원자로 노심의 흑연 벽돌 균열[17][25][26]이나 보일러 관련 문제[15][16][23][24] 등 기술적인 난관에 직면하기도 했다. 이러한 요인들과 설비 노후화 등으로 인해 일부 AGR은 이미 영구 정지 및 폐쇄 절차에 들어갔으며[29][31][32], 나머지 원자로들도 순차적으로 폐쇄될 예정이다[30].
5. 1. 운영 현황
(MWe)폐쇄일
