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소형모듈원자로

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목차

1. 개요

소형모듈원자로(SMR)는 1986년 체르노빌 원자력 발전소 사고와 2011년 후쿠시마 원자력 발전소 사고 이후 원자력 발전의 안전성과 경제성 문제를 해결하기 위해 개발된 차세대 원자로이다. SMR은 모듈형 구조로 유연성을 높여 전력 수요에 맞춰 추가 유닛을 설치할 수 있으며, 공장에서 제작하여 현장 조립하는 방식으로 건설 기간 단축 및 비용 절감을 목표로 한다. 또한, 피동 안전 시스템과 자연 순환 냉각 방식 등을 통해 안전성을 강화했다. SMR은 열중성자로와 고속로 등 다양한 설계가 존재하며, 냉각재, 열 생성 및 발전 방식, 핵연료 주기, 핵확산 방지 등 다양한 기술적 특징을 갖는다. 현재 중국과 러시아가 운영 가능한 SMR을 건설했으며, 미국, 아르헨티나, 캐나다, 프랑스 등 여러 국가에서 개발을 추진하고 있다. SMR은 탄소 중립 시대의 주요 에너지원으로 주목받고 있지만, 경제성, 안전 규제, 핵확산 방지, 핵연료 주기 등 해결해야 할 과제도 남아있다.

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소형모듈원자로
개요
정의공장에서 제작되어 현장으로 운송될 수 있는 소형 원자로
특징모듈식 설계, 소형화
잠재적 이점비용 절감
안전성 향상
유연한 배치
핵확산 저항성
기술적 특징
발전 용량일반적으로 300MW(e) 이하 (전통적인 원자로의 약 1/3 크기)
설계 유형경수로
중수로
고속로
용융염로
고온 가스로
경제성
장점건설 비용 절감
건설 기간 단축
초기 투자 비용 감소
다양한 활용 가능성 (전력 생산, 열 공급, 담수화)
단점규모의 경제 효과 미흡
초기 기술 개발 비용 부담
안전성
장점피동적 안전 장치 적용 용이
노심 용융 사고 발생 가능성 감소
비상 대응 계획 간소화
단점새로운 설계에 대한 안전성 검증 필요
테러 및 사이버 공격에 대한 취약성
핵확산
장점핵 물질 접근 통제 강화 용이
사용후 핵연료 관리 용이
단점핵 물질 불법 전용 가능성 존재
핵 확산 저항성 설계 필요
배치
장점도심 지역 배치 가능
전력망 접근성 향상
분산형 에너지 시스템 구축 용이
단점주민 수용성 확보 필요
안전 및 보안 문제 해결 필요
현황
개발 국가미국
러시아
중국
대한민국
프랑스
영국
아르헨티나
상용화러시아의 아카데미크 로모노소프 (부유식 원자력 발전소)가 세계 최초의 SMR 기술 기반 발전소로 전력 생산 시작
주요 SMR 설계NuScale (미국)
ACP100(중국)
VVER (러시아)
SMART (대한민국)
논란 및 과제
경제성 확보규모의 경제 달성 및 건설 비용 절감 노력 필요
안전성 검증새로운 설계에 대한 충분한 안전성 평가 및 검증 필요
핵확산 저항성 강화핵 물질 불법 전용 방지 및 핵 확산 저항성 설계 적용 필요
규제 체계 마련SMR 특성에 맞는 합리적인 규제 체계 구축 필요
주민 수용성 확보SMR 안전성에 대한 정보 제공 및 소통 강화 필요

2. 역사적 배경

체르노빌 원자력 발전소 사고(1986년)와 후쿠시마 원자력 발전소 사고(2011년)는 원자력 산업에 큰 타격을 주어 전 세계적으로 개발이 중단되고, 자금 지원이 줄어들었으며, 원자로 발전소가 폐쇄되었다.[4] 이러한 배경에서 원자력 발전의 안전성 및 경제성 문제를 해결하기 위한 노력의 일환으로 소형모듈원자로(SMR) 개발이 시작되었다.

오리건 주립 대학교 연구원들은 1990년대 후반과 2000년대 초반에 최초의 상업용 SMR 프로토타입을 개발했다.[4] 이들은 제작 시간 단축, 운영 안전성 개선, 운영 비용 절감을 목표로 SMR 설계를 개발했다. 뉴스케일 파워(NuScale Power)는 2006년부터 이 제조 전략을 적용하기 위해 오리건 주립 대학교와 제휴했다.[5][6]

지지자들은 SMR이 전용 공장에서 표준화된 모듈을 생산하여 더 저렴할 것이라고 주장하지만,[7] SMR의 전체 비용은 기존의 대형 원자로와 비슷하며, 모듈 운송에 대한 정보 공개는 제한적이라는 비판도 있다.[9]

2024년 2월, 유럽 위원회는 SMR 기술을 유럽 그린 딜의 일환으로 탈탄소화에 중요한 기여를 하는 것으로 인정했다.

3. 대한민국

대한민국은 SMART 원자로 개발 경험을 보유하고 있으며, 이를 바탕으로 SMR 기술 개발에 적극적으로 참여하고 있다.[233] 2011년 3월, 지식경제부는 7년간 민간과 함께 2,000억원 이상을 투자해 SMR을 개발하겠다고 밝혔다.[233] IAEA는 2050년까지 전 세계에 중소형 원자로 1,000기가 건설될 것으로 예측하며, 시장 규모는 3,500억 달러(약 368조원)에 이를 것으로 전망된다.[233]

SMR은 미국 핵잠수함 원자로이고, 스마트 원자로는 러시아 핵잠수함 원자로라서 중복사업이 아니냐는 지적이 있었다.[233] 2011년 당시 대한민국은 열출력 65 MWt인 스마트 실증로 건설을 계획 중이었으나,[234] 경쟁국들이 이미 완제품을 수출 시장에 내놓고 있는 상황에서 경제성 논란 등으로 개발이 지연되고 있다는 비판이 제기되기도 했다.[234][235]

4. 주요 특징

소형모듈원자로는 기존의 원자력 발전소에 비해 모듈형 구조의 유연성과 관련된 잠재적 이점을 제공한다.[36] 전력 부하가 증가할 경우, 추가적인 유닛을 점진적으로 전력망에 연결하는 것이 가능하다. 또한, 모듈성을 중심으로 하는 표준화된 SMR 설계의 이러한 유연성은 현장 첫 번째 원자로 완공 후 생산 속도를 높이고 비용을 절감할 수 있게 해준다.[36][68]

SMR의 가설적인 유연성과 모듈성은 기존 발전소에 추가적인 발전 능력을 설치할 수 있도록 하기 위한 것이다. 한 부지에 여러 대의 SMR을 설치하여, 기존의 대형 원자로의 경우처럼 한 대가 재장전을 위해 가동을 중단하는 동안 다른 원자로가 가동을 유지할 수 있다.[36]

전기 에너지가 필요하지 않을 경우, 일부 SMR 설계는 열에너지의 직접적인 사용을 예상하여 에너지 손실을 최소화한다. 여기에는 현재의 기존 대형 원자로가 설계되지 않은 용도인 "해수 담수화, 산업 공정, 수소 생산, 셰일 오일 추출, 지역 난방" 등이 포함된다.[36][69]

4. 1. 모듈화 및 표준화

SMR은 공장에서 제작 후 현장 조립이 가능하여 건설 기간 단축 및 비용 절감이 가능하다.[159] 표준화된 설계를 통해 대량 생산이 가능하며, 이는 규모의 경제를 통해 추가적인 비용 절감 효과를 가져올 수 있다. 특정 발전소는 단일 모듈로 시작하여 수요 증가에 따라 모듈을 추가하여 확장할 수 있다.[159]

4. 2. 소형화

SMR은 기존 대형 원자로에 비해 크기가 작아 부지 선정의 유연성이 높다.[233] 예를 들어 470MWe의 3루프 롤스로이스 SMR 원자로는 기존 발전소에 필요한 면적의 10%인 40,000m2가 필요하다.[160] 이 유닛은 국제 원자력 기구의 SMR 정의인 300MWe 미만보다 크기 때문에[87] 현장 건설이 더 많이 필요하며, 이는 SMR의 주장된 이점에 의문을 제기한다.[88] 롤스로이스 SMR은 500일의 건설 기간을 목표로 하고 있다.[88][161]

원격지의 전력 수요는 대개 작고 가변적이어서 더 작은 발전소에 적합하며,[89][162] 작은 크기는 또한 발전량을 분배하기 위해 대규모 전력망에 접근해야 할 필요성을 줄일 수 있다.

4. 3. 안전성 강화

SMR은 피동 안전 시스템, 고유 안전 특성 등을 통해 안전성을 강화했다.[32][33][8] 낮은 출력 밀도와 자연 순환 냉각 방식은 사고 발생 가능성을 낮추고, 사고 발생 시에도 피해를 최소화한다.[35]

독일 연방 공화국의 핵 폐기물 관리 안전국(BASE) 보고서에 따르면, 136개의 서로 다른 역사적 및 현재 원자로와 SMR 개념을 고려한 결과, 고출력 원자력 발전소에 비해 개별 SMR은 원자로당 방사성 붕괴 재고가 적으므로 잠재적으로 안전상의 이점을 달성할 수 있다고 한다.[165][166][167] 그러나 동일한 생산량의 전력에 필요한 원자로 수가 많아지면 전체적인 위험이 몇 배로 증가한다.[165][166][167] 또한, 중대한 사고의 경우 방사능 오염은 공장 부지를 훨씬 넘어 확산될 것으로 예상해야 한다.[165][166][167]

감속재와 연료의 음의 온도 계수는 핵분열 반응을 제어 하에 두고, 온도가 상승함에 따라 반응을 늦춘다.[184] 원자로를 정지한 후, 붕괴열을 발산하기 위해 원자로를 지속적으로 냉각해야 한다. 후쿠시마 원자력 사고 및 쓰리마일 섬 원자력 사고와 같은 비상 냉각의 손실은 원자로의 온도가 너무 높아지면 원자로 노심 용융을 초래할 수 있다. 초기 붕괴열은 원자로 작동 출력의 일부이므로, SMR의 낮은 작동 출력은 더 적은 열을 발산해야 하므로 훨씬 더 안전하다.[35]

일부 SMR 설계는 주 원자로 노심, 증기 발생기 및 가압기가 밀폐된 원자로 용기 내에 통합된 일체형 설계를 특징으로 한다. 이 통합 설계는 오염 누출이 억제될 수 있으므로 발생 가능한 사고를 줄일 수 있다. 원자로 용기 외부에 수많은 구성 요소를 가진 대형 원자로와 비교하여, 이 기능은 억제되지 않은 사고의 위험을 줄임으로써 안전성을 높인다. [36]

냉각 시스템은 자연 순환(대류)을 사용하여 고장 가능성이 있는 펌프를 제거할 수 있다. 대류는 원자로 정지 후에도 붕괴열을 계속 제거할 수 있다.[35] 그러나 일부 SMR은 수동 시스템을 백업하기 위해 능동 냉각 시스템이 필요할 수 있으며, 이로 인해 비용이 증가한다.

미국 기업 뉴스케일 파워(NuScale Power)의 SMR은 수조에 담가 운전하며, 냉각 전원이 손실되어도 수조에서 물이 누출되지 않으면 물이 SMR을 냉각시키고, 한 달 정도 지나 물이 증발해도 공기 순환으로 냉각할 수 있을 정도로 되어 안전을 확보할 수 있다고 한다.[142]

일부 SMR 설계는 또한 원자로와 사용후 핵연료 저장 수조를 지하에 설치하는 것을 고려하고 있다.[36] 밀폐는 더 효율적이며, 확산에 대한 우려는 훨씬 적다.[163] 예를 들어, 압력 방출 밸브는 압력 증가에 대응하여 냉각수 흐름을 증가시킬 수 있는 스프링을 가질 수 있다. 고유 안전 기능은 물리 법칙에만 의존하여 작동하기 위해 가동 부품을 필요로 하지 않는다.[164] 또 다른 예는 온도가 너무 높으면 녹아 원자로 연료가 원자로에서 배출되어 임계 질량을 잃게 하는 원자로 바닥의 플러그이다.

4. 4. 유연성

SMR은 모듈 추가를 통해 발전 용량을 유연하게 조절할 수 있어 전력 수요 변화에 효과적으로 대응할 수 있다.[36][68] 전력 부하가 증가할 경우, 추가적인 유닛을 점진적으로 전력망에 연결하는 것이 가능하다.[36] 한 부지에 여러 대의 SMR을 설치하여, 기존의 대형 원자로와는 다르게 한 대가 재장전을 위해 가동을 중단하는 동안 다른 원자로가 가동을 유지할 수 있다.[36]

SMR은 일반적으로 기저 부하 전력을 제공하며, 일부는 전력 수요에 따라 출력 전력을 조정하는 부하 추종 운전이 가능하도록 설계되었다. 전기 에너지가 필요하지 않을 경우, 일부 SMR 설계는 열에너지의 직접적인 사용을 예상하여 에너지 손실을 최소화한다.[36][69]

열병합 발전을 채택하여 일정한 열 출력을 유지하면서, 필요하지 않은 열을 보조 용도로 전환하여 에너지 효율을 높일수 있다. 지역 난방, 해수 담수화, 수소 생산이 열병합 발전 옵션으로 제안되었다.[29] 야간 담수화는 물이 생산될 때가 아닌 다른 시간에 물을 공급할 수 있는 충분한 담수 저장 용량이 필요하다.[30] 해수 담수화의 두 가지 주요 기술은 역삼투 막과 열 증발기를 사용하는 것이다.[31]

5. 설계 및 기술

SMR은 다양한 설계로 구상되고 있다. 일부는 현재 원자로의 단순화된 버전이고, 다른 일부는 완전히 새로운 기술을 포함한다.[21] 제안된 모든 SMR은 핵분열을 사용하며, 설계에는 열 중성자 원자로와 고속 중성자 원자로가 포함된다.

제안된 소형모듈원자로(SMR) 유형의 예시: 펌프가 없는 경수로. NuScale Power에서 개발한 미니 원자로.


SMR은 여러 설계로 예상되고 있다. 일부는 현재 원자로의 단순화된 버전이며, 다른 일부는 완전히 새로운 기술을 포함하고 있다.[169] 제안된 모든 SMR은 핵분열을 사용한다. SMR의 설계에는 열중성자 반응로와 고속 중성자 반응로가 포함된다.

== 열중성자로 ==

열중성자로는 중성자 감속재를 사용하여 중성자의 속도를 줄여 핵분열 반응을 일으킨다. 대부분의 기존 원자로는 열중성자로이며, 소형모듈원자로(SMR)에서도 널리 사용되는 방식이다.

열중성자로는 감속재로 물, 흑연, 베릴륨 등을 사용하며, 일반적으로 우라늄-235를 핵분열성 물질로 사용한다.

== 고속로 ==

고속로는 감속재를 사용하지 않고 고속 중성자를 이용하여 핵분열 반응을 일으키는 원자로이다.[22] 연료가 고속 중성자를 흡수하도록 노심 내 연료 배치를 변경하거나 다른 연료를 사용한다. 예를 들어, 플루토늄-239는 우라늄-235보다 고속 중성자를 흡수할 가능성이 더 높다.[22]

고속로는 증식로가 될 수 있다. 이러한 원자로는 핵 변환을 통해 비옥 물질을 핵분열성 물질로 변환할 수 있을 정도로 충분한 중성자를 방출한다. 증식로의 일반적인 용도는 가장 쉽게 구할 수 있는 동위원소인 우라늄-238의 "블랭킷"으로 노심을 둘러싸는 것이다. 우라늄-238이 중성자 흡수 반응을 겪으면 플루토늄-239가 되며, 재연료 공급 중에 원자로에서 제거하여 이후에 핵 재처리하여 연료로 사용할 수 있다.[22]

5. 1. 열중성자로

열중성자로는 중성자 감속재를 사용하여 중성자의 속도를 줄여 핵분열 반응을 일으킨다. 대부분의 기존 원자로는 열중성자로이며, 소형모듈원자로(SMR)에서도 널리 사용되는 방식이다.

열중성자로는 감속재로 물, 흑연, 베릴륨 등을 사용하며, 일반적으로 우라늄-235를 핵분열성 물질로 사용한다.

5. 2. 고속로

고속로는 감속재를 사용하지 않고 고속 중성자를 이용하여 핵분열 반응을 일으키는 원자로이다.[22] 연료가 고속 중성자를 흡수하도록 노심 내 연료 배치를 변경하거나 다른 연료를 사용한다. 예를 들어, 플루토늄-239는 우라늄-235보다 고속 중성자를 흡수할 가능성이 더 높다.[22]

고속로는 증식로가 될 수 있다. 이러한 원자로는 핵 변환을 통해 비옥 물질을 핵분열성 물질로 변환할 수 있을 정도로 충분한 중성자를 방출한다. 증식로의 일반적인 용도는 가장 쉽게 구할 수 있는 동위원소인 우라늄-238의 "블랭킷"으로 노심을 둘러싸는 것이다. 우라늄-238이 중성자 흡수 반응을 겪으면 플루토늄-239가 되며, 재연료 공급 중에 원자로에서 제거하여 이후에 핵 재처리하여 연료로 사용할 수 있다.[22]

5. 3. 용융염로

5. 4. 냉각 기술

SMR(소형모듈원자로)은 물, 액체 금속, 가스, 용융염 등 다양한 냉각재를 사용할 수 있다.[24][25][172][173] 냉각재 유형은 원자로 유형, 원자로 설계 및 선택된 적용 분야에 따라 결정된다. 대형 원자로는 주로 물을 냉각재로 사용하므로 이 냉각 방식을 SMR에 쉽게 적용할 수 있다. 헬륨은 높은 발전소 열효율을 제공하고 충분한 양의 원자로 열을 공급하기 때문에 SMR의 가스 냉각재로 자주 선택된다. 나트륨, 납, 납-비스무트 공융 (LBE)은 4세대 SMR에 대해 연구된 액체 금속 냉각재이다. 대형 원자로에 대한 초기 연구 동안 나트륨에 큰 초점이 맞춰졌으며, 이후 SMR로 이어져 액체 금속 냉각재로서 두드러진 선택이 되었다.[26]

일반적인 경수로는 일반적으로 물을 냉각재이자 중성자 감속재로 사용한다.[23] SMR은 냉각수 요구량이 적어 광업 및 해수 담수화를 일반적으로 포함하는 원격 지역을 포함하여 SMR을 건설할 수 있는 부지 수를 늘린다.[27][174] 전력 공급이 끊겨도 공기를 이용해 원자로를 자연 냉각하는 SMR은 스마트 원자로보다 국제 경쟁력이 높아,[233] 해안이 아닌 내륙에도 설치할 수 있다.

5. 5. 열 생성 및 발전

일부 가스 냉각 원자로 설계는 물을 끓이는 대신 가스 터빈을 구동할 수 있도록 하여 열 에너지를 직접 사용할 수 있다.[24][175] 열은 수소 생산 및 기타 산업 운영[24], 예를 들어 해수 담수화 및 석유 파생 제품 생산(예: 오일 샌드에서 석유 추출, 석탄에서 합성 석유 생산 등)에 사용될 수 있다.[28][176]

소형모듈원자로(SMR) 설계는 일반적으로 기저 부하 전력을 제공할 것으로 예상되며, 일부 제안된 설계는 전력 수요에 따라 출력 전력을 조정하는 것을 목표로 한다.

열병합 발전을 채택하여 일정한 열 출력을 유지하면서, 필요하지 않은 열을 지역 난방, 담수화 및 수소 생산과 같은 보조 용도로 전환하는 방식이 제안되었다.[29] 야간 담수화는 물이 생산될 때가 아닌 다른 시간에 물을 공급할 수 있는 충분한 담수 저장 용량이 필요하다.[30] 역삼투 막과 열 증발기는 해수 담수화의 두 가지 주요 기술이다. 막 담수화 공정은 물 펌프에 전력을 공급하기 위해 전력만 사용하며, 두 가지 방법 중 가장 많이 사용된다. 열 공정에서는 공급수 흐름이 단계별로 증발하며, 각 단계 사이의 압력이 지속적으로 감소한다. 열 공정은 열 에너지를 직접 사용하며 열 에너지를 전기로 변환하는 것을 피한다. 열 담수화는 다시 다단계 플래시 증류 (MSF)와 다중 효과 담수화 (MED)의 두 가지 주요 기술로 나뉜다.[31]

6. 핵연료 주기 및 핵확산

핵 확산은 핵 물질을 무기 제조에 사용하는 것으로, 소형모듈원자로(SMR)에 대한 우려 사항이다. SMR은 발전 용량이 낮고 물리적으로 작기 때문에 기존 발전소보다 훨씬 더 많은 지역에 배치될 예정이다.[48] SMR은 인력 수준을 상당히 줄일 것으로 예상된다. 이러한 조합은 물리적 방호 및 보안 문제를 야기한다.[49][23]

SMR은 비전통적인 연료를 사용하도록 설계될 수 있어 더 높은 연소율과 더 긴 연료 주기를 가능하게 한다. 연료 재장전 간격이 길어지면 핵 확산 위험을 줄이는 데 기여할 수 있다. 연료가 조사되면 핵분열 생성물과 핵분열성 물질의 혼합물은 고도로 방사성이며 특수 처리가 필요하여 무단 도난을 방지한다.

기존의 대형 원자로와 대조적으로 SMR은 밀폐된 지하 챔버에 설치하도록 개조될 수 있으므로 "테러 공격이나 자연 재해에 대한 원자로의 취약성을 줄일 수 있다".[36] 새로운 SMR 설계는 핵 확산 저항성을 강화한다. 예를 들어 원자로 설계 회사인 Gen4의 설계가 있다. 이러한 SMR 모델은 설치 후 원자로 수명 동안 밀봉된 지하에서 작동할 수 있는 솔루션을 제공한다.[36][68]

일부 SMR 설계는 일회성 연료 주입을 위해 설계되었다. 이는 현장에서의 핵 연료 취급을 제거하고 연료를 원자로 내부에 밀봉할 수 있게 함으로써 핵 확산 저항성을 향상시킨다. 그러나 이러한 설계는 많은 양의 연료가 필요하므로 더 매력적인 표적이 될 수 있다. 200 MWe의 30년 수명 경수로 SMR은 수명이 다하면 약 2.5톤의 플루토늄을 포함할 수 있다.[23]

또한 많은 SMR은 10년 이상 재장전 없이 작동할 수 있는 기능을 제공하므로 18~24개월마다 재장전을 해야 하는 기존의 대형 원자로에 비해 핵 확산 저항성이 향상된다.[36]

토륨으로 작동하도록 설계된 경수로는 기존 우라늄 주기보다 핵 확산 저항성이 더 높지만 용융염 원자로는 상당한 위험이 있다.[50][51]

SMR은 일부 핵 마이크로 원자로를 제외하고 최종 부지에서 연료를 주입받기 때문에 공장에서 연료 없이 운송된다.[52] 이는 부지로의 독립적인 연료 운송을 의미하며 따라서 핵 확산의 위험을 증가시킨다.

핵무기나 방사능 무기에 사용될 수 있는 핵물질이 국가나 테러리스트에게 넘어가는 "핵 확산"은, 다른 원자력 설비와 마찬가지로 소형 모듈 원자로(SMR)에서도 우려 사항이다.[202] SMR은 발전 용량이 적고 물리적으로 작기 때문에, 기존 플랜트보다 훨씬 많은 장소에 배치하는 것을 목표로 하고 있다[202]。

대부분의 SMR은 이러한 우려에 대처하도록 설계되었다. 연료는 핵분열성 우라늄 235가 20% 미만인 저농축 우라늄으로 할 수 있다.

6. 1. 핵연료 주기

SMR의 핵연료 주기는 다양하며, 핵연료 효율을 높이고 핵폐기물 발생량을 줄이는 방향으로 개발되고 있다. SMR은 3세대 소형 경수로뿐만 아니라 4세대 소형 고속 중성자 반응기를 포함할 수 있다.[22] 고속 증식 반응로는 우라늄-235를 연소시키지만, 우라늄-238을 핵분열성 플루토늄-239로 변환하여 핵연료로 사용할 수 있다.[180] 테라파워가 제안한 진행파 반응로는 반응로 노심에서 제거하고 추가 재처리를 거치지 않고 즉시 번식한 핵연료를 "연소"시키는 것을 목표로 한다.[37][182] 일부 SMR 반응기의 설계는 토륨 핵연료 주기를 기반으로 하며, 이는 장기적인 폐기물 방사능 독성을 줄이는 방법으로 간주된다.[38][181]

하지만, Krall, Macfarlane 및 Ewing의 2022년 연구에 따르면 일부 SMR은 기존 반응기보다 단위 출력 전력당 더 많은 폐기물을 생산할 수 있다.[39][40][41][42] 이는 SMR의 노심 부피에 비해 표면적이 커서 중성자 누출률이 높기 때문이다. 중성자는 핵연료와 상호 작용하지 않고 반응기 노심에서 빠져나와 중성자 반사체와 차폐에 사용되는 물질에 흡수되어 방사성 폐기물로 변환된다. 액체 금속 냉각제를 사용하는 반응기 설계 또한 방사성을 띠게 되며 활성화된 불순물을 포함한다. 또한, 핵연료의 더 적은 부분이 소모되어 연소도가 낮아지고, 사용후 핵연료에 더 많은 핵분열성 물질이 남아 폐기물 부피가 증가한다.[42]

Krall 외.(2022)의 연구는 SMR과 방사성 폐기물 관리에 대한 중요한 논의를 촉발시켰다.[43][44] 원자 과학자 회보의 인터뷰에서 린제이 크랄은 핵연료 주기 후반부와 반응기 설계자 간의 단절을 지적하며, 지질학적 처분 측면을 고려해야 한다고 강조했다.[45]

SMR 반응기의 높은 다양성과 각 핵연료 주기는 다양한 폐기물 관리 전략을 요구할 수 있다.[2][42] 핀란드 VTT 기술 연구 센터의 연구는 경수형 SMR에서 대형 NPP보다 더 많은 질량의 사용후 핵연료 및 고준위 폐기물과 더 많은 부피의 저준위 폐기물이 생산될 것이라고 밝혔다.[47] 연방 환경, 자연 보존, 원자력 안전 및 소비자 보호부(BASE)의 보고서에 따르면 SMR의 경우 광범위한 중간 저장 및 핵연료 운송이 여전히 필요하며, 요오드-129와 같은 장수명 핵분열 생성물 때문에 심층 지질학적 처분장은 여전히 불가피하다.[8][183]

6. 2. 핵확산 방지

SMR은 핵물질을 무기 제조에 사용하는 핵 확산에 대한 우려가 존재한다.[48] SMR은 발전 용량이 낮고 물리적으로 작기 때문에 기존 발전소보다 더 많은 지역에 배치될 예정이며,[48] 인력 수준을 상당히 줄일 것으로 예상되어 물리적 방호 및 보안 문제를 야기할 수 있다.[49][23]

SMR은 비전통적인 연료를 사용하도록 설계될 수 있어 더 높은 연소율과 더 긴 연료 주기를 가능하게 한다. 연료 재장전 간격이 길어지면 핵 확산 위험을 줄이는 데 기여할 수 있다.[36] 연료가 조사되면 핵분열 생성물과 핵분열성 물질의 혼합물은 고도로 방사성이며 특수 처리가 필요하여 무단 도난을 방지한다.

기존의 대형 원자로와 대조적으로 SMR은 밀폐된 지하 챔버에 설치하도록 개조될 수 있으므로 "테러 공격이나 자연 재해에 대한 원자로의 취약성을 줄일 수 있다".[36] 새로운 SMR 설계는 핵 확산 저항성을 강화하는데, 예를 들어 원자로 설계 회사인 Gen4의 설계는 설치 후 원자로 수명 동안 밀봉된 지하에서 작동할 수 있는 솔루션을 제공한다.[36][68]

일부 SMR 설계는 일회성 연료 주입을 위해 설계되어 현장에서의 핵 연료 취급을 제거하고 연료를 원자로 내부에 밀봉할 수 있게 함으로써 핵 확산 저항성을 향상시킨다. 그러나 이러한 설계는 많은 양의 연료가 필요하므로 더 매력적인 표적이 될 수 있다. 200 MWe의 30년 수명 경수로 SMR은 수명이 다하면 약 2.5톤의 플루토늄을 포함할 수 있다.[23]

또한 많은 SMR은 10년 이상 재장전 없이 작동할 수 있는 기능을 제공하므로 18~24개월마다 재장전을 해야 하는 기존의 대형 원자로에 비해 핵 확산 저항성이 향상된다.[36]

토륨으로 작동하도록 설계된 경수로는 기존 우라늄 주기보다 핵 확산 저항성이 더 높지만 용융염 원자로는 상당한 위험이 있다.[50][51]

SMR은 일부 핵 마이크로 원자로를 제외하고 최종 부지에서 연료를 주입받기 때문에 공장에서 연료 없이 운송된다.[52] 이는 부지로의 독립적인 연료 운송을 의미하며 따라서 핵 확산의 위험을 증가시킨다.

많은 SMR은 더 높은 연소도와 더 긴 연료 사이클을 가능하게 하는 비전통적인 연료를 사용하도록 설계되었다.[168]

핵무기나 방사능 무기에 사용될 수 있는 핵물질이 국가나 테러리스트에게 넘어가는 "핵 확산"은, 다른 원자력 설비와 마찬가지로 소형 모듈 원자로(SMR)에서도 우려 사항이다.[202] SMR은 발전 용량이 적고 물리적으로 작기 때문에, 기존 플랜트보다 훨씬 많은 장소에 배치하는 것을 목표로 하고 있다[202]。

대부분의 SMR은 이러한 우려에 대처하도록 설계되었다. 연료는 핵분열성 우라늄 235가 20% 미만인 저농축 우라늄으로 할 수 있다.

7. 안전 규제 및 인허가

원자력 시설의 안전, 보안 및 안전 조치를 보장하는 데 필요한 필수적인 과정이 바로 인허가이다.[53] NuScale Power의 VOYGR SMR만이 미국에서 사용 허가를 받았다.[54] 그러나 모든 국가가 미국 원자력 규제 위원회(NRC) 또는 국제원자력기구(IAEA)의 인허가 기준을 따르는 것은 아니다. 미국과 IAEA 회원국에서는 인허가가 방사성 폐기물의 장기 관리를 포함하여 시설의 전체 수명 동안 정상 및 사고 조건에서 핵 안전에 중요한 모든 구조물, 시스템 및 구성 요소에 대한 엄격하고 독립적인 분석 및 검토 작업을 기반으로 한다.[55] 인허가는 안전성 보고서에서 SMR 제작자 및 운영자가 작성한 위험 평가 연구 및 안전 파일에 대한 검토 및 조사를 기반으로 한다.[56] NRC 및 IAEA 인허가의 경우, 원자력 시설의 안전 및 실현 가능성 보고서는 운영 안전, 보안(접근 보호), 핵 안전 조치(확산 위험), 안정적인 물리화학적 형태로 방사성 폐기물의 적절한 처리, 설치 해체 후 발생하는 모든 폐기물을 포함하여 다양한 유형의 방사성 폐기물의 최종 처분과 관련된 장기 안전을 고려해야 한다.[55][57][58]

기존 상업용 원자로에서 적용되는 가장 일반적인 인허가 과정은 경수로(가압 경수로 및 비등 경수로)의 운영에 대한 것이다. 대규모 원자로에 대한 초기 설계는 현재 가동 중인 원자로 시설 건설 기간인 1960년대와 1970년대로 거슬러 올라간다. 미국 원자력 규제 위원회(NRC)의 원래 인허가 과정의 일부 개정은 SMR 장치의 배치에 대한 특정 특성 및 요구 사항에 더 잘 부합하도록 변경되었다.[59] 특히, 미국의 원자력 규제 위원회의 원자력 인허가 과정은 주로 기존 원자로에 초점을 맞추어 왔다. 설계 및 안전 사양, 인적 및 조직적 요소(인력 요구 사항 포함)는 700MWe 이상의 전기 출력을 가진 원자로에 대해 개발되었다.[60][61]

원자력 안전에 대한 적절한 지침을 보장하고 인허가 과정을 지원하기 위해 IAEA는 SMR에 대한 중앙 인허가 시스템 구축을 장려했다.[62] 2009년 10월 워크숍과 2010년 6월 워크숍에서 이 주제를 논의했으며, 2010년 5월에는 미국 의회 청문회가 열렸다.

NRC와 미국 에너지부는 SMR 인허가를 정의하기 위해 노력하고 있다. SMR 개발을 용이하게 하는 과제는 안전 규정의 약화를 방지하는 것이다. 즉, 보다 신속하게 채택된 규정 완화의 위험은 SMR의 안전 특성을 낮추는 것이다.[63][64][65] 개선된 품질 관리를 통해 제조 공장에서 제작된 동일한 시스템을 배치하는 것은 장점으로 간주될 수 있지만, SMR은 매우 높은 에너지 밀도를 가진 원자로이며, 더 작은 크기가 더 나은 안전을 본질적으로 보장하는 것은 아니다. 외부 방사성 오염 방출과 관련된 심각한 사고는 대형 경수로 원자로와 크게 다르지 않은 잠재적인 심각한 결과를 초래할 수 있다. 또한 이는 대중의 원자력 발전 거부와 원자력 산업의 종말을 의미할 수 있다. 대규모 SMR 집단의 잠재적인 "확산"과 설계의 높은 다양성 또한 인허가 과정을 복잡하게 만든다. 원자력 안전은 산업적 또는 경제적 이익을 위해 희생될 수 없으며, 핵 사고의 위험은 소형 또는 대형 장치에 관계없이 가동 중인 원자로의 수와 함께 증가한다.

미국 첨단 원자로 시범 프로그램은 2020년대에 최대 40억 달러의 정부 자금으로 두 개의 시제품 SMR을 인허가하고 건설하는 데 도움이 될 것으로 예상되었다.[66]

2024년 7월, ADVANCE 법은 미국 원자력 규제 위원회에 마이크로 원자로 설계를 인허가하고 규제하는 프로세스를 개발하도록 지시했다. 이 법은 다른 원자력 기술과 함께 마이크로 원자로의 배치를 가속화하기 위한 것이다.[67] SMR 채택의 주요 장벽은 기존의 맞춤형 원자로용으로 개발되어 다른 위치에 동일한 유닛을 쉽게 배치하는 것을 방해하는 라이선스 프로세스이다.[197]

7. 1. 안전 규제

SMR(소형모듈원자로)은 원자로당 방사성 물질 재고가 적고, 단순화와 수동 시스템의 사용 증가를 통해 더 높은 안전 수준을 목표로 하기 때문에 기존 대형 원자력 발전소에 비해 잠재적으로 안전상의 이점을 가질 수 있다.[32][33][8] 감속재와 연료의 음의 온도 계수는 핵분열 반응을 통제하여 온도가 상승함에 따라 반응이 느려지게 한다.[34] 또한, SMR의 낮은 작동 출력은 원자로 정지 후 더 적은 감쇠열을 발산하여 원자로 노심 용융의 위험을 줄인다.[35] 일부 SMR 설계는 열 대류에만 기반한 냉각 시스템을 제안하여 고장날 수 있는 냉각 펌프를 제거하고, 원자로 정지 후에도 감쇠열을 계속 제거할 수 있도록 한다. 주 원자로 노심, 증기 발생기 및 가압기가 밀폐된 원자로 용기 내에 통합된 일체형 설계는 오염 누출을 억제하고 발생 가능한 사고를 줄일 수 있다.[36]

그러나 다양한 SMR 개념은 안전 시스템의 중복성 또는 다양성 요구 수준과 관련하여 규제 요건 완화를 선호하기도 하며, 일부 개발자는 심지어 내부 사고 관리 또는 계획 구역 축소, 외부 비상 보호 계획의 완전한 면제와 같은 현재 요건의 면제를 요구한다.[32][33][8] 따라서 SMR 개념이 원칙적으로 더 높은 안전 수준을 달성한다고 단정할 수는 없다.

원자력 시설의 안전, 보안 및 안전 조치를 보장하기 위한 필수적인 과정은 인허가이다.[53] NuScale Power의 VOYGR SMR만이 미국에서 사용 허가를 받았다.[54] 모든 국가가 미국 원자력 규제 위원회(NRC) 또는 국제원자력기구(IAEA)의 인허가 기준을 따르는 것은 아니다. 미국과 IAEA 회원국에서는 인허가가 방사성 폐기물의 장기 관리를 포함하여 시설의 전체 수명 동안 핵 안전에 중요한 모든 구조물, 시스템 및 구성 요소에 대한 엄격하고 독립적인 분석 및 검토 작업을 기반으로 한다.[55] NRC 및 IAEA 인허가의 경우, 원자력 시설의 안전 및 실현 가능성 보고서는 운영 안전, 보안(접근 보호), 핵 안전 조치(확산 위험), 안정적인 물리화학적 형태로 방사성 폐기물의 적절한 처리, 설치 해체 후 발생하는 모든 폐기물을 포함하여 다양한 유형의 방사성 폐기물의 최종 처분과 관련된 장기 안전을 고려해야 한다.[55][57][58]

기존 상업용 원자로는 주로 경수로의 운영에 대한 인허가 과정을 거치며, 1960년대와 1970년대의 초기 설계를 기반으로 한다. NRC의 원래 인허가 과정은 SMR 장치의 배치에 대한 특정 특성 및 요구 사항에 더 잘 부합하도록 일부 개정되었다.[59] 특히 미국의 원자력 규제 위원회의 원자력 인허가 과정은 700MWe 이상의 전기 출력을 가진 원자로에 대해 개발되었다.[60][61]

IAEA는 SMR에 대한 중앙 인허가 시스템 구축을 장려하고 있으며,[62] 2009년 10월 워크숍과 2010년 6월 워크숍, 2010년 5월 미국 의회 청문회에서 이 주제를 논의했다. NRC와 미국 에너지부는 SMR 인허가를 정의하기 위해 노력하고 있지만, 안전 규정의 약화를 방지해야 한다.[63][64][65] SMR은 매우 높은 에너지 밀도를 가지므로, 더 작은 크기가 더 나은 안전을 본질적으로 보장하는 것은 아니며, 외부 방사성 오염 방출과 관련된 심각한 사고는 대형 경수로 원자로와 크게 다르지 않은 잠재적인 심각한 결과를 초래할 수 있다.

미국 첨단 원자로 시범 프로그램은 2020년대에 최대 40억 달러의 정부 자금으로 두 개의 시제품 SMR을 인허가하고 건설하는 데 도움이 될 것으로 예상되었다.[66] 2024년 7월, ADVANCE 법은 미국 원자력 규제 위원회에 마이크로 원자로 설계를 인허가하고 규제하는 프로세스를 개발하도록 지시했다.[67]

7. 2. 인허가 절차

원자력 시설의 인허가는 안전, 보안 및 안전 조치를 보장하는 데 필수적인 과정이다.[53] NuScale Power의 VOYGR SMR만이 미국에서 사용 허가를 받았다.[54] 그러나 모든 국가가 미국 원자력 규제 위원회(NRC) 또는 국제 원자력 기구(IAEA)의 인허가 기준을 따르는 것은 아니다. 미국과 IAEA 회원국에서는 시설의 전체 수명 동안 정상 및 사고 조건에서 핵 안전에 중요한 모든 구조물, 시스템 및 구성 요소에 대한 엄격하고 독립적인 분석 및 검토 작업을 기반으로 인허가가 이루어진다.[55] 인허가는 안전성 보고서에서 SMR 제작자 및 운영자가 작성한 위험 평가 연구 및 안전 파일에 대한 검토 및 조사를 기반으로 한다.[56] NRC 및 IAEA 인허가의 경우, 원자력 시설의 안전 및 실현 가능성 보고서는 운영 안전, 보안(접근 보호), 핵 안전 조치(확산 위험), 안정적인 물리화학적 형태로 방사성 폐기물의 적절한 처리, 설치 해체 후 발생하는 모든 폐기물을 포함하여 다양한 유형의 방사성 폐기물의 최종 처분과 관련된 장기 안전을 고려해야 한다.[55][57][58]

기존 상업용 원자로에서 적용되는 가장 일반적인 인허가 과정은 경수로(가압 경수로 및 비등 경수로) 운영에 대한 것이다. 대규모 원자로에 대한 초기 설계는 현재 가동 중인 원자로 시설 건설 기간인 1960년대와 1970년대로 거슬러 올라간다. 미국 NRC의 원래 인허가 과정의 일부 개정은 SMR 장치의 배치에 대한 특정 특성 및 요구 사항에 더 잘 부합하도록 변경되었다.[59]

원자력 안전에 대한 적절한 지침을 보장하고 인허가 과정을 지원하기 위해 IAEA는 SMR에 대한 중앙 인허가 시스템 구축을 장려했다.[62] 2009년 10월 워크숍과 2010년 6월 워크숍, 그리고 2010년 5월에는 미국 의회 청문회가 열렸다.

NRC와 미국 에너지부는 SMR 인허가를 정의하기 위해 노력하고 있다. SMR 개발을 용이하게 하는 과제는 안전 규정의 약화를 방지하는 것이다. 즉, 보다 신속하게 채택된 규정 완화의 위험은 SMR의 안전 특성을 낮추는 것이다.[63][64][65] 개선된 품질 관리를 통해 제조 공장에서 제작된 동일한 시스템을 배치하는 것은 장점으로 간주될 수 있지만, SMR은 매우 높은 에너지 밀도를 가진 원자로이며, 더 작은 크기가 더 나은 안전을 본질적으로 보장하는 것은 아니다. 외부 방사성 오염 방출과 관련된 심각한 사고는 대형 경수로 원자로와 크게 다르지 않은 잠재적인 심각한 결과를 초래할 수 있다. 또한 이는 대중의 원자력 발전 거부와 원자력 산업의 종말을 의미할 수 있다. 대규모 SMR 집단의 잠재적인 "확산"과 설계의 높은 다양성 또한 인허가 과정을 복잡하게 만든다.

미국 첨단 원자로 시범 프로그램은 2020년대에 최대 40억 달러의 정부 자금으로 두 개의 시제품 SMR을 인허가하고 건설하는 데 도움이 될 것으로 예상되었다.[66] 2024년 7월, ADVANCE 법은 미국 NRC에 마이크로 원자로 설계를 인허가하고 규제하는 프로세스를 개발하도록 지시했다. 이 법은 다른 원자력 기술과 함께 마이크로 원자로의 배치를 가속화하기 위한 것이다.[67] 특정 디자인의 첫 번째 유닛에 대한 원자력 시설 면허가 취득되면, 모든 유닛이 동일하게 작동하므로 후속 유닛의 면허는 대폭 간소화된다.

SMR 채택의 주요 장벽은 라이선스 프로세스이다. 이는 기존의 맞춤형 원자로용으로 개발되었으며, 다른 위치에 동일한 유닛을 쉽게 배치하는 것을 방해한다.[197]

8. 국가별 개발 현황

2024년 현재, 중국과 러시아만이 운영 가능한 소형모듈원자로(SMR)를 성공적으로 건설했다.[3] 19개국에서 80개 이상의 모듈형 원자로 설계가 개발 중이다.

=== 미국 ===

미국은 SMR 개발을 주도하고 있으며, 여러 기업들이 SMR 기술 개발에 참여하고 있다.[230] 오바마 정부는 2011년에만 10억 달러를 투자하겠다고 밝혔으며, 빌 게이츠도 투자하고 있다.[230]

뉴스케일 파워(NuScale Power)는 미국에서 최초로 SMR 설계 인증을 획득한 기업이다.[123][124][3] 뉴스케일 파워는 위스콘신주 데어리랜드 파워, 미주리주의 어소시에이티드 일렉트릭 협동 조합 등과 협력하여 VOYGR SMR 발전소 배치를 평가하고 있다.[130][131] 유타 연합 자치 단체 전력 시스템(UAMPS)은 에너지 노스웨스트(Energy Northwest)와 협력하여 아이다호의 미국 에너지부(United States Department of Energy) 아이다호 국립 연구소에 뉴스케일 파워(NuScale Power) 원자로 부지를 탐색했으나, 2023년 11월 비용 문제로 취소되었다.[132][133] 뉴스케일은 발전소에서 생산되는 전력의 목표 가격이 메가와트시당 89달러로, 이전 추정치인 MWh당 58달러에서 53% 증가하여 고객의 지불 의향에 대한 우려를 제기했다.[134]

알래스카 주 갈레나(Galena, Alaska)의 갈레나 원자력 발전소(Galena Nuclear Power Plant)는 도시바 4S(Toshiba 4S) 원자로를 배치하려던 소형 원자로 설치 제안이었으나, "사실상 중단"되었다.[136]

테네시 계곡 개발 공사(Tennessee Valley Authority)는 2019년 12월 테네시(Tennessee)의 클린치 강 원자력 부지(Clinch River Nuclear Site)에 SMR 부지를 설치하기 위해 원자력 규제 위원회(Nuclear Regulatory Commission)로부터 조기 부지 허가(ESP)를 받았다.[137] 이 ESP는 20년 동안 유효하며, 부지 안전, 환경 보호 및 비상 대비를 다룬다.[138]

2024년 10월 구글(Google)은 카이로스 파워(Kairos Power)로부터 여러 소형 모듈 원자로를 주문하여 인공 지능 처리에 전력을 공급하기로 합의했으며, 첫 번째 원자로는 2030년에 가동될 예정이다.[139][140][141]

=== 러시아 ===

KLT-40S 소형원자로는 스마트 원자로를 한국에 기술이전한 OKBM의 제품이다. 가압수형 원자로이며, 열출력 135 MWt, 전기출력 35 MWe이다. 러시아는 선박형 원자력 발전소를 수출할 계획이며, 개조된 KLT-40S 원자로 2개가 탑재된다. 열출력 300 MWt, 전기출력 70 MWe를 내며, 20만명의 도시에 전기공급을 할 수 있다.

선박형 원자력 발전소


러시아는 2020년부터 러시아 극동 지역 (페벡)에서 부유식 원자력 발전소인 아카데믹 로모노소프를 상업적으로 운영하고 있다.[19] 이 부유식 발전소는 세계 최초이다. 러시아는 자국 북극 해안에 쇄빙선에 탑재된 소형 원자로 배치를 시작했다. 2020년 5월, 30 MWe 원자로 2기를 갖춘 부유식 원자력 발전소의 첫 번째 프로토타입인 ''KLT-40'' 유형이 러시아 페벡에서 가동을 시작했다.[19] 이 개념은 원자력 쇄빙선의 설계를 기반으로 한다.[20]

=== 중국 ===

중국은 자체적인 소형모듈원자로(SMR) 기술 개발을 추진하고 있으며, 다양한 SMR 모델을 개발하고 있다. 2024년 현재, 중국은 러시아와 함께 운영 가능한 SMR을 성공적으로 건설한 국가이다.[3]

중국핵공업집단공사(CNNC)는 ACP100 (링롱 1호) 소형모듈원자로를 개발하고 있다. 2019년 7월, CNNC는 하이난 성 창장 현에 위치한 창장 원자력 발전소 북서쪽에 ACP100 건설을 시작한다고 발표했다.[101][215] 2021년 6월, 중국 국가발전개혁위원회는 링롱 1호 시범 프로젝트를 승인했다.[102][216] CNNC는 2021년 7월에 건설을 시작했으며,[103][217] 2021년 10월에는 첫 번째 기기의 격납 용기 바닥이 설치되었다.[104][218] 링롱 1호는 세계 최초의 상업용 육상 소형모듈원자로 프로토타입으로, 2026년 말 상업 운전을 시작할 예정이다.[218] 2023년 8월에는 코어 모듈이 설치되었는데, 여기에는 일체형 압력 용기, 증기 발생기, 1차 펌프 리시버가 포함되어 있다.[105] 이 원자로의 계획 용량은 125 MWe이다.[105]

또한, 중국의 구상형 모듈형 고온 가스 냉각 원자로 HTR-PM은 2021년에 전력망에 연결되었다.

중국은 SMR 기술을 활용하여 에너지 자립도를 높이고, 해외 시장 진출을 확대할 계획이다.

=== 기타 국가 ===

아르헨티나는 2014년 2월, CAREM 소형모듈원자로(SMR) 프로젝트를 시작했다.[90] CAREM은 Central ARgentina de Elementos Modulareses(아르헨티나 중앙 모듈형 원자로)의 약자이다. 국립 원자력 위원회(, CNEA)는 아르헨티나 정부 산하 핵에너지 연구 개발 기관으로, 국영 원자력 회사인 Nucleoeléctrica Argentina SAes와 협력하여 이 프로젝트를 진행하고 있다.[90] CAREM-25는 25MWe 규모의 시제품으로, 아르헨티나에서 완전히 설계 및 개발된 최초의 원자력 발전소이다.[90] 2022년 10월, CNEA는 토목 공사가 2024년까지 완료될 것으로 예상했으며, 건설이 계획대로 진행된다면 CAREM-25의 최초 임계는 2027년 말까지 예상된다.[90]

캐나다에서는 2018년 뉴브런즈윅 주가 포인트 레프로 원자력 발전소에서 시범 사업에 1,000만 달러를 투자한다고 발표했다.[91] 이후 Advanced Reactor Concepts[92]와 Moltex[93]가 사무실을 열었다. 2019년 12월 1일, 온타리오, 뉴브런즈윅, 서스캐처원 주 총리는 SMR 개발 및 배포에 협력하는 양해 각서(MoU)에 서명했고,[96][97] 2020년 8월에는 앨버타가 합류했다.[98] 2021년, 온타리오 전력 발전소는 2028년까지 다링턴 원자력 발전소 부지에 BWRX-300 SMR을 건설할 계획이라고 발표했다.[99] 2022년 8월 11일, 앨버타 주 정부의 공기업인 Invest Alberta는 Terrestrial Energy와 IMSR에 대한 MoU를 체결했다.[100]

프랑스의 전력공사(EDF)는 2023년 초, Nuward라는 새로운 소형 모듈 원자로를 개발하고 건설하기 위해 새로운 자회사를 설립했다. Nuward는 170MWe의 두 개의 독립적인 경수형 원자로를 갖춘 340MWe 설계로, 두 원자로는 대부분의 설비를 공유하는 단일 격납 건물에 보호된다.[106] 2023년 8월, EDF는 Nuward에 대한 안전성 보고서를 프랑스 안전 당국인 원자력 안전청프랑스어(ASN)에 제출했다.[107] 그러나 2024년 7월, EDF는 Nuward의 기존 설계 프로세스를 중단하고, 혁신적인 기술보다는 기존 기술을 기반으로 한 소형 모듈 원자로 설계를 추진한다고 발표했다.[108][109]

폴란드의 화학 회사 신토스(Synthos)는 2030년까지 히타치(Hitachi) BWRX-300 원자로(300 MW)를 배치할 계획을 발표했다.[110] 2020년 12월에 타당성 조사가 완료되었으며, 폴란드 원자력청과 함께 인허가 절차가 시작되었다.[111] 뉴스케일 파워(NuScale Power)와 KGHM 폴스카 미에지(KGHM Polska Miedź)는 2029년까지 폴란드에 최초의 운영 원자로를 건설하는 계약을 체결했다.[112]

루마니아에서는 2021년 유엔 기후 변화 회의를 계기로, 국영 원자력 회사인 누클레아레크트리카와 뉴스케일 파워가 도이체슈티 발전소 부지에 6개의 소형 원자로를 갖춘 발전소를 건설하기 위한 협약을 체결했다. 이 발전소는 담보비차 주 도이체슈티 마을 근처의 이전 석탄 화력 발전소 부지에 건설될 예정이며, 부쿠레슈티에서 북쪽으로 90km 떨어져 있다. 2026년에서 2027년까지 완료될 예정이며, 유럽 최초의 소형 원자로 발전소가 될 것이다. 이 발전소는 462MWe의 전력을 생산하고, 연간 400만 톤의 이산화탄소(CO2) 배출을 줄이는 데 기여할 것으로 예상된다.[113][114][115]

영국에서는 2016년, 영국 정부가 웨일스의 소형모듈원자로 부지(구 트라우스피니드 원자력 발전소 포함)와 잉글랜드 북부의 옛 원자력 또는 석탄 화력 발전소 부지를 평가하고 있다는 보고가 있었다.[116] 브래드웰 원자력 발전소, 하트풀 원자력 발전소, 헤이샴 원자력 발전소, 올드버리 원자력 발전소, 사이즈웰 원자력 발전소, 셀라필드, 윌파 원자력 발전소 등이 잠재적 부지로 언급되었다.[116] 롤스로이스 SMR 장치는 470MWe 규모로, 5번째 장치 건설 시 목표 비용은 18억 파운드이다.[117][118] 2020년에는 롤스로이스 홀딩스(Rolls-Royce Holdings)가 영국에 최대 16기의 SMR을 건설할 계획이라는 보도가 있었다.[119] 2019년, 롤스로이스는 모듈형 시스템 설계를 시작하기 위해 1,800만 파운드를 지원받았고,[119] 2021년에는 영국 정부가 2억 1,000만 파운드를 추가 지원했으며, 민간 기업으로부터 1억 9,500만 파운드의 기여가 더해졌다.[120] 2022년 11월, 롤스로이스는 트라우스피니드, 윌파, 셀라필드, 올드버리 부지를 SMR의 잠재적 위치로 평가하는 데 우선순위를 둘 것이라고 발표했다.[121] 2023년 7월, 영국 정부는 SMR 경쟁을 관리하기 위해 그레이트 브리티시 뉴클리어를 출범시켰으며, 실행 가능한 모든 프로젝트에 공동 자금을 지원할 예정이다.[122]

8. 1. 미국

미국은 SMR 개발을 주도하고 있으며, 여러 기업들이 SMR 기술 개발에 참여하고 있다.[230] 오바마 정부는 2011년에만 10억 달러를 투자하겠다고 밝혔으며, 빌 게이츠도 투자하고 있다.[230]

뉴스케일 파워(NuScale Power)는 미국에서 최초로 SMR 설계 인증을 획득한 기업이다.[123][124][3] 뉴스케일 파워는 위스콘신주 데어리랜드 파워, 미주리주의 어소시에이티드 일렉트릭 협동 조합 등과 협력하여 VOYGR SMR 발전소 배치를 평가하고 있다.[130][131] 유타 연합 자치 단체 전력 시스템(UAMPS)은 에너지 노스웨스트(Energy Northwest)와 협력하여 아이다호의 미국 에너지부(United States Department of Energy) 아이다호 국립 연구소에 뉴스케일 파워(NuScale Power) 원자로 부지를 탐색했으나, 2023년 11월 비용 문제로 취소되었다.[132][133] 뉴스케일은 발전소에서 생산되는 전력의 목표 가격이 메가와트시당 89달러로, 이전 추정치인 MWh당 58달러에서 53% 증가하여 고객의 지불 의향에 대한 우려를 제기했다.[134]

알래스카 주 갈레나(Galena, Alaska)의 갈레나 원자력 발전소(Galena Nuclear Power Plant)는 도시바 4S(Toshiba 4S) 원자로를 배치하려던 소형 원자로 설치 제안이었으나, "사실상 중단"되었다.[136]

테네시 계곡 개발 공사(Tennessee Valley Authority)는 2019년 12월 테네시(Tennessee)의 클린치 강 원자력 부지(Clinch River Nuclear Site)에 SMR 부지를 설치하기 위해 원자력 규제 위원회(Nuclear Regulatory Commission)로부터 조기 부지 허가(ESP)를 받았다.[137] 이 ESP는 20년 동안 유효하며, 부지 안전, 환경 보호 및 비상 대비를 다룬다.[138]

2024년 10월 구글(Google)은 카이로스 파워(Kairos Power)로부터 여러 소형 모듈 원자로를 주문하여 인공 지능 처리에 전력을 공급하기로 합의했으며, 첫 번째 원자로는 2030년에 가동될 예정이다.[139][140][141]

8. 2. 러시아

KLT-40S 소형원자로는 스마트 원자로를 한국에 기술이전한 OKBM의 제품이다. 가압수형 원자로이며, 열출력 135 MWt, 전기출력 35 MWe이다. 러시아는 선박형 원자력 발전소를 수출할 계획이며, 개조된 KLT-40S 원자로 2개가 탑재된다. 열출력 300 MWt, 전기출력 70 MWe를 내며, 20만명의 도시에 전기공급을 할 수 있다.

러시아는 2020년부터 러시아 극동 지역 (페벡)에서 부유식 원자력 발전소인 아카데믹 로모노소프를 상업적으로 운영하고 있다.[19] 이 부유식 발전소는 세계 최초이다. 러시아는 자국 북극 해안에 쇄빙선에 탑재된 소형 원자로 배치를 시작했다. 2020년 5월, 30 MWe 원자로 2기를 갖춘 부유식 원자력 발전소의 첫 번째 프로토타입인 ''KLT-40'' 유형이 러시아 페벡에서 가동을 시작했다.[19] 이 개념은 원자력 쇄빙선의 설계를 기반으로 한다.[20]

8. 3. 중국

중국은 자체적인 소형모듈원자로(SMR) 기술 개발을 추진하고 있으며, 다양한 SMR 모델을 개발하고 있다. 2024년 현재, 중국은 러시아와 함께 운영 가능한 SMR을 성공적으로 건설한 국가이다.[3]

중국핵공업집단공사(CNNC)는 ACP100 (링롱 1호) 소형모듈원자로를 개발하고 있다. 2019년 7월, CNNC는 하이난 성 창장 현에 위치한 창장 원자력 발전소 북서쪽에 ACP100 건설을 시작한다고 발표했다.[101][215] 2021년 6월, 중국 국가발전개혁위원회는 링롱 1호 시범 프로젝트를 승인했다.[102][216] CNNC는 2021년 7월에 건설을 시작했으며,[103][217] 2021년 10월에는 첫 번째 기기의 격납 용기 바닥이 설치되었다.[104][218] 링롱 1호는 세계 최초의 상업용 육상 소형모듈원자로 프로토타입으로, 2026년 말 상업 운전을 시작할 예정이다.[218] 2023년 8월에는 코어 모듈이 설치되었는데, 여기에는 일체형 압력 용기, 증기 발생기, 1차 펌프 리시버가 포함되어 있다.[105] 이 원자로의 계획 용량은 125 MWe이다.[105]

또한, 중국의 구상형 모듈형 고온 가스 냉각 원자로 HTR-PM은 2021년에 전력망에 연결되었다.

중국은 SMR 기술을 활용하여 에너지 자립도를 높이고, 해외 시장 진출을 확대할 계획이다.

8. 4. 기타 국가

아르헨티나는 2014년 2월, CAREM 소형모듈원자로(SMR) 프로젝트를 시작했다.[90] CAREM은 Central ARgentina de Elementos Modulareses(아르헨티나 중앙 모듈형 원자로)의 약자이다. 국립 원자력 위원회(, CNEA)는 아르헨티나 정부 산하 핵에너지 연구 개발 기관으로, 국영 원자력 회사인 Nucleoeléctrica Argentina SAes와 협력하여 이 프로젝트를 진행하고 있다.[90] CAREM-25는 25MWe 규모의 시제품으로, 아르헨티나에서 완전히 설계 및 개발된 최초의 원자력 발전소이다.[90] 2022년 10월, CNEA는 토목 공사가 2024년까지 완료될 것으로 예상했으며, 건설이 계획대로 진행된다면 CAREM-25의 최초 임계는 2027년 말까지 예상된다.[90]

캐나다에서는 2018년 뉴브런즈윅 주가 포인트 레프로 원자력 발전소에서 시범 사업에 1,000만 달러를 투자한다고 발표했다.[91] 이후 Advanced Reactor Concepts[92]와 Moltex[93]가 사무실을 열었다. 2019년 12월 1일, 온타리오, 뉴브런즈윅, 서스캐처원 주 총리는 SMR 개발 및 배포에 협력하는 양해 각서(MoU)에 서명했고,[96][97] 2020년 8월에는 앨버타가 합류했다.[98] 2021년, 온타리오 전력 발전소는 2028년까지 다링턴 원자력 발전소 부지에 BWRX-300 SMR을 건설할 계획이라고 발표했다.[99] 2022년 8월 11일, 앨버타 주 정부의 공기업인 Invest Alberta는 Terrestrial Energy와 IMSR에 대한 MoU를 체결했다.[100]

프랑스의 전력공사(EDF)는 2023년 초, Nuward라는 새로운 소형 모듈 원자로를 개발하고 건설하기 위해 새로운 자회사를 설립했다. Nuward는 170MWe의 두 개의 독립적인 경수형 원자로를 갖춘 340MWe 설계로, 두 원자로는 대부분의 설비를 공유하는 단일 격납 건물에 보호된다.[106] 2023년 8월, EDF는 Nuward에 대한 안전성 보고서를 프랑스 안전 당국인 원자력 안전청프랑스어(ASN)에 제출했다.[107] 그러나 2024년 7월, EDF는 Nuward의 기존 설계 프로세스를 중단하고, 혁신적인 기술보다는 기존 기술을 기반으로 한 소형 모듈 원자로 설계를 추진한다고 발표했다.[108][109]

폴란드의 화학 회사 신토스(Synthos)는 2030년까지 히타치(Hitachi) BWRX-300 원자로(300 MW)를 배치할 계획을 발표했다.[110] 2020년 12월에 타당성 조사가 완료되었으며, 폴란드 원자력청과 함께 인허가 절차가 시작되었다.[111] 뉴스케일 파워(NuScale Power)와 KGHM 폴스카 미에지(KGHM Polska Miedź)는 2029년까지 폴란드에 최초의 운영 원자로를 건설하는 계약을 체결했다.[112]

루마니아에서는 2021년 유엔 기후 변화 회의를 계기로, 국영 원자력 회사인 누클레아레크트리카와 뉴스케일 파워가 도이체슈티 발전소 부지에 6개의 소형 원자로를 갖춘 발전소를 건설하기 위한 협약을 체결했다. 이 발전소는 담보비차 주 도이체슈티 마을 근처의 이전 석탄 화력 발전소 부지에 건설될 예정이며, 부쿠레슈티에서 북쪽으로 90km 떨어져 있다. 2026년에서 2027년까지 완료될 예정이며, 유럽 최초의 소형 원자로 발전소가 될 것이다. 이 발전소는 462MWe의 전력을 생산하고, 연간 400만 톤의 이산화탄소(CO2) 배출을 줄이는 데 기여할 것으로 예상된다.[113][114][115]

영국에서는 2016년, 영국 정부가 웨일스의 소형모듈원자로 부지(구 트라우스피니드 원자력 발전소 포함)와 잉글랜드 북부의 옛 원자력 또는 석탄 화력 발전소 부지를 평가하고 있다는 보고가 있었다.[116] 브래드웰 원자력 발전소, 하트풀 원자력 발전소, 헤이샴 원자력 발전소, 올드버리 원자력 발전소, 사이즈웰 원자력 발전소, 셀라필드, 윌파 원자력 발전소 등이 잠재적 부지로 언급되었다.[116] 롤스로이스 SMR 장치는 470MWe 규모로, 5번째 장치 건설 시 목표 비용은 18억 파운드이다.[117][118] 2020년에는 롤스로이스 홀딩스(Rolls-Royce Holdings)가 영국에 최대 16기의 SMR을 건설할 계획이라는 보도가 있었다.[119] 2019년, 롤스로이스는 모듈형 시스템 설계를 시작하기 위해 1,800만 파운드를 지원받았고,[119] 2021년에는 영국 정부가 2억 1,000만 파운드를 추가 지원했으며, 민간 기업으로부터 1억 9,500만 파운드의 기여가 더해졌다.[120] 2022년 11월, 롤스로이스는 트라우스피니드, 윌파, 셀라필드, 올드버리 부지를 SMR의 잠재적 위치로 평가하는 데 우선순위를 둘 것이라고 발표했다.[121] 2023년 7월, 영국 정부는 SMR 경쟁을 관리하기 위해 그레이트 브리티시 뉴클리어를 출범시켰으며, 실행 가능한 모든 프로젝트에 공동 자금을 지원할 예정이다.[122]

9. 경제성

SMR은 공장 대량 생산을 통한 규모의 경제 실현을 주요 목표로 한다.[70] 그러나 일부 연구에서는 SMR의 자본 비용이 더 큰 원자로와 동일하다고 보고되고 있다.[70][188] 공장 건설에는 상당한 자본이 필요하며, 이 비용을 완화하려면 40~70개 유닛의 상당한 물량이 필요하다.[71][72][189]

SMR은 수요 증가에 따라 모듈을 추가하여 발전소를 확장할 수 있다는 장점이 있다. 이는 기존 설계와 관련된 시작 비용을 줄여준다.[73] 또한, 일부 SMR은 수요가 낮을 때 더 적은 전기를 생산할 수 있는 부하 추종 설계를 갖추고 있다.

2014년 연구에 따르면, 분산형 마이크로그리드에서 SMR을 이용한 전력 생산 비용은 해상 풍력 발전, 태양열 에너지, 바이오매스, 태양광 발전 발전소보다 상당히 낮을 수 있다.[74]

SMR 원자로당 건설 비용은 기존 원자력 발전소보다 적지만, 낮은 규모의 경제와 더 많은 수의 원자로로 인해 SMR의 운영 비용이 더 높을 수 있다.[75] SMR 단위 출력당 운영 인건비는 더 적은 수의 대형 원자로의 고정 운영 비용보다 최대 190% 더 높을 수 있다.[75][192]

독일 연방 방사성 폐기물 관리 안전청(BASE)의 연구에 따르면, SMR 생산이 경제성을 갖추려면 평균 3,000개의 SMR이 생산되어야 한다.[76][183] 이는 SMR의 건설 비용이 낮은 전기 출력으로 인해 대형 원자력 발전소보다 상대적으로 높기 때문이다.

2017년 에너지 혁신 개혁 프로젝트(EIRP)는 47.5 MWe에서 1,648 MWe 사이의 용량을 가진 8개 회사 원자로 설계를 조사하여 평균 자본 비용 3,782$/kW, 평균 운영 비용 총 21$/MWh, 균등화 발전 비용(LCOE) 60$/MWh를 보고했다.[77][194]

2020년, 에너지 임팩트 센터(Energy Impact Center) 설립자 브렛 쿠겔마스는 수천 개의 SMR이 병렬로 건설될 수 있어 장기 차입 관련 비용 및 위험 프리미엄을 줄일 수 있다고 주장했다.[78][195] GE 히타치 원자력(GE Hitachi Nuclear Energy)의 존 볼은 SMR의 모듈식 요소가 건설 시간 연장 관련 비용을 줄이는 데 도움이 될 것이라고 동의했다.[78][196]

2023년 10월, ''에너지''에 발표된 학술 논문은 19개의 SMR 설계의 기본 경제 데이터를 수집하고 비용을 모델링했다. 몬테카를로 시뮬레이션 결과, 어느 것도 수익성이 있거나 경제적으로 경쟁력이 없는 것으로 나타났다. 시장에 더 가까운 PWR SMR의 경우, 중앙값 LCOE는 218$/MWh에서 614$/MWh 사이였으며, 낮은 제1사분위수 추정치는 188$/MWh에서 385$/MWh 사이였다. 더 많은 개발 시간이 필요한 3개의 고온 가스 냉각로 설계는 116$/MWh에서 137$/MWh 사이의 더 낮은 중앙값 LCOE를 보였다.[79]

NuScale Power(NuScale)의 파워 모듈 원자로 (50 MWe)의 다이어그램.


미국 최초의 SMR 배치 프로젝트는 탄소 배출 제로 전력 프로젝트였으며, 6개의 77 MWe NuScale 원자로를 배치할 계획이었다. 보조금 지급 후 예상 목표 전력 생산 가격은 2023년에 89$/MWh로, 2021년의 58$/MWh에서 증가했다. 증가된 발전 비용으로 인해 2023년 11월에 프로젝트를 취소하기로 결정했다.[133] 취소되기 전에, 이 프로젝트는 2020년에 미국 정부로부터 건설 비용에 대한 13억 5,500만 달러의 비용 분담 상을 받았고[80], 2022년 인플레이션 감축법(2020 Inflation Reduction Act)으로부터 30$/MWh의 발전 보조금을 받았다.[81] 취소 시점의 비보조 비용 추정치는 자본 비용 20,139$/kW, 발전 비용 119$/MWe였다.[82] 이는 다른 SMR 설계의 미국 내 상업적 전망에 대한 우려를 제기했다.[83]

2024년, 호주 과학 연구 기관인 CSIRO는 2023년부터 건설된 SMR로 호주에서 생산된 전력의 비용이 전통적인 대형 원자력 발전소에서 생산된 전력의 약 2.5배가 될 것으로 추정했으며, 2030년까지 약 1.6배로 떨어질 것이다.[84][85]

10. 전망 및 과제

SMR은 탄소 중립 시대의 주요 에너지원으로 주목받고 있으며, 향후 에너지 시장에서 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.[11][12][13] 국제 에너지 기구(IEA)는 2050년까지 전 세계 순 배출량 제로를 달성하기 위해 전 세계 원자력 발전량이 2020년에서 2050년 사이에 두 배로 증가해야 한다고 전망한다.[12]

그러나 SMR 기술의 상용화를 위해서는 안전성, 핵연료 주기, 핵확산 방지 등 해결해야 할 과제들이 남아있다.[1][42] 독일 연방 방사성 폐기물 안전 관리청(BASE)은 현재 가동 중인 대형 원자력 발전소와 동일한 전력을 생산하려면 수천에서 수만 기의 SMR을 건설해야 한다고 경고한다.[1][14] SMR 지지자들은 낮은 출력으로 인해 붕괴열 발생이 적어 기존 대형 원전보다 안전하다고 주장하지만, 비판론자들은 더 많은 수의 소형 원자로가 더 높은 위험을 초래하고, 더 많은 핵연료 수송과 방사성 폐기물 생산을 야기한다고 지적한다.[1][42]

2020년까지 상업적 용도로 사용되는 진정한 모듈형 SMR은 없었으며,[18] 2020년 5월 러시아 페벡에서 최초의 부유식 원자력 발전소인 KLT-40이 가동을 시작했다.[19] 최초의 상업용 육상 기반 SMR인 ACP100은 2026년 말까지 중국에서 가동될 예정이다.[104]

2050년 탄소 중립 목표를 달성하기 위해서는 수많은 SMR의 신속하고 대규모 배치가 중요하며, 이는 원자력 산업, 안전 당국, 시민 사회에 전례 없는 과제를 제시한다.[1] COP 28에서는 연구 기관, 원자력 산업, 안전 규제 기관 및 정부 간의 협력을 통해 SMR 가속화를 위한 이니셔티브가 시작되었다.[15][16][17]

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