APR-1400

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1. 개요
2. 역사
- 2.1. 개발 과정
- 2.2. 국내 건설 현황
3. 설계
4. 안전성
5. 수출
6. 차세대 원전 (APR+)
참조

1. 개요

APR-1400은 한국 고유 기술로 개발된 1400MW급 가압 경수로형 원자력 발전소이다. 1992년부터 10년간의 개발을 거쳐 2002년 표준설계인가를 획득했으며, 신고리 3, 4호기 및 신한울 1, 2호기에 적용되었다. 2014년 미국 원자력 규제 위원회(NRC)에 설계 인증을 신청하여 2019년 최종 승인을 받았고, 2017년에는 유럽 사업자 요건(EUR) 인증을 획득했다. APR-1400은 OPR-1000을 기반으로 가동률 90%, 설계수명 60년, kW당 건설단가 2,300달러 수준으로 건설되었으며, 아랍에미리트 바라카 원자력 발전소에 4기가 수출되었다.

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APR-1400
APR-1400
APR-1400 모형도
개요
유형	가압 경수로
개발	한국전력공사
국가	대한민국
열출력	4,000 MWt
전기출력	1,400 MWe
기술 사양
노심 설계 수명	60년
원자로 냉각재 계통	4개의 냉각재 펌프 2개의 증기 발생기
안전 계통	피동형 격납 건물 살수 계통 (PACSS) 격납 건물 압력 감소 계통 (CAPRS)
핵연료	저농축 우라늄
특징
안전성 강화	항공기 충돌 방지 설계 지진에 대한 내진 성능 강화
경제성 향상	건설 기간 단축 운영 효율성 증대
출력 증가	기존 원전 대비 높은 출력
배치 현황
대한민국	신고리 3호기 신고리 4호기 신한울 1호기 신한울 2호기
아랍에미리트	바라카 원자력 발전소 1~4호기
기타
미국 설계 인증	미국 원자력 규제 위원회 (NRC) 설계 인증 획득

2. 역사

APR-1400 설계 개발은 1992년부터 10년에 걸쳐 한국수력원자력, 한국전력기술, 한국원자력연구원, 두산중공업 등 산·학·연의 연인원 2,300여 명이 참여하고, 약 2350억원의 개발비를 투입하여 한국 고유 기술로 진행되었다. 2002년 5월 한국원자력안전기술원으로부터 인증을 받았다.^[70] 2007년 착공한 신고리 3·4호기에 처음 적용되었으며, 신고리 3호기는 2016년 12월 상업 운전을 시작했다.

2014년 12월 원자력 규제 위원회(NRC)에 설계 인증 신청서를 제출했고, 2015년 3월 원자로 설계가 기본적인 안전 요건을 충족하는지 판단하기 위한 기술 심사가 승인되었다.^[71] 2018년 9월 NRC는 최종 안전성 평가 보고서^[72]와 표준 설계 승인^[73]을 발행하여 설계가 기술적으로 허용 가능하고 15년간 유효하다고 인정하여 표준 설계 승인을 부여했으며, 2019년 9월까지 15년간 유효한 설계 인증서를 받았다.^[74] 2019년 4월, NRC는 APR-1400 표준 설계를 인증하는 규칙을 승인했다. 이 규칙은 연방 관보에 공개된 지 120일 후에 발효된다.^[75]^[76]

2017년 10월, 유럽 유틸리티 요건(EUR) 기구는 비상 냉각용 APR-1400 설계 변경을 승인하여 유럽 외 국가에서 EUR 인증을 취득하여 설계를 구축할 수 있도록 했다.^[77]

2022년, 2000년에 Combustion Engineering을 인수한 웨스팅하우스 일렉트릭 컴퍼니는 APR-1400이 System 80 원자로를 복제했다는 주장을 담아 한국수력원자력과 한국전력공사를 상대로 미국 연방 법원에 소송을 제기했다. 이로 인해 해당 소송이 해결될 때까지 미국 정부는 제3국으로의 APR-1400 수출에 필요한 허가 요청을 거부하는 간접적인 영향을 미쳤다.^[11]

2. 1. 개발 과정

APR-1400 개발은 한국의 독자적인 기술로 10년에 걸쳐 수행되었으며, 한국수력원자력(주), 한국전력기술(주), 한국원자력연구원, 두산중공업(주) 등 산·학·연의 연인원 2,300여 명이 참가하였고, 약 2350억원의 개발비가 투입되었다.^[70] 2007년 착공한 신고리 3·4호기에 처음 적용되어, 신고리 3호기는 2016년 12월 상업운전을 시작하였다.

APR-1400은 OPR-1000 건설과 운영 기술을 기반으로 개발되었으며, 가동률 90%, 설계수명 60년, kW당 건설단가 2300USD 수준으로, 2010년 기준으로 제3세대 원전 중 가장 경제적인 원전이다. 신고리 3·4호기는 원자로 건물 격납철판 공사 등을 한 번에 시공·설치할 수 있도록 모듈화해, 총 건설 기간을 52개월로 단축시켜 경제성을 크게 향상시켰다.

개발 과정은 다음과 같다:

단계	기간	내용
1	1992년 12월 ~ 1994년 12월	개념 설계
2	1995년 3월 ~ 1999년 2월	기본 설계
3	1999년 3월 ~ 2001년 12월	최적화, 특허 등록
4	2002년 5월	한국원자력안전기술원 표준설계인가 (유효기간 10년)^[3]
5	2008년 4월	신고리 3·4호기 건설허가
6	2011년 12월	신한울 1·2호기 건설허가

2014년 12월, 원자력 규제 위원회(NRC)에 설계 인증 신청서를 제출했고, 2015년 3월에는 원자로 설계가 미국의 기본적인 안전 요구 사항을 충족하는지 확인하기 위한 기술 검토가 승인되었다.^[4] 2018년 9월, NRC는 최종 안전 평가 보고서^[6]와 표준 설계 승인^[7]을 발표하여 해당 설계를 기술적으로 허용 가능하며 15년 동안 유효하다고 판단했다. 2019년 4월, NRC는 APR-1400 표준 설계를 인증하는 규칙을 승인했다.^[8]^[9]

2017년 10월, 유럽 전력 회사 요구 사항(EUR) 기구는 비상 냉각을 위한 APR-1400 설계 변경을 승인하여, 해당 설계가 EUR 인증을 획득하여 유럽 외 국가에서도 건설될 수 있게 되었다.^[5]

2. 2. 국내 건설 현황

국내 APR-1400 건설 현황^[37] ^[38] ^[39] ^[40]
부지	기수	상태	건설 시작	운영 시작
신고리	3	운영	2008년 10월 16일	2016년 12월 12일^[41]
	4	운영	2009년 8월 19일	2019년 8월^[24]
	5	건설 중	2016년 9월	미상^[42]
	6	건설 중	2017년 9월	미상^[42]
신한울	1	운영	2012년 7월 10일	2022년 5월^[45]
	2	운영	2013년 6월 19일	2023년 12월^[46]
	3	건설 재개^[47]	2018년	미상
	4	건설 재개^[47]	2018년	미상

2008년 4월: 신고리 3, 4호기 건설 허가^[12]
2011년 12월: 신한울 1, 2호기 건설 허가^[17]
신고리 3호기는 당초 2013년 말 가동 예정이었으나, 안전 관련 제어 케이블 시험 불합격으로 3, 4호기 모두 약 1년 정도 지연^[15]
신한울 1호기는 2012년 5월^[17], 2호기는 2013년 6월^[18]에 착공
2017년 5월 문재인 정부는 한국수력원자력에 신한울 3, 4호기 설계 작업 중단 지시^[20]
2017년 7월, 신고리 5, 6호기 건설 3개월간 일시 중단^[21]
2017년 10월, 공론화위원회는 신고리 5, 6호기 건설 재개 권고^[22]
문재인 대통령은 위원회 결정 지지, 신규 건설은 불허^[23]
2019년 8월, 신고리 4호기 상업 운전 시작^[24]
2022년 5월, 신한울 1호기 상업 운전 시작^[45]
2023년 12월, 신한울 2호기 상업 운전 시작^[46]

3. 설계

APR-1400은 이전의 OPR-1000 설계를 기반으로 더욱 발전된 형태의 가압 경수로이다. 한국 환경에서 이 원자로는 3,983MW(공칭 4,000MW)의 열 출력으로 1,455MW의 순 전기 출력을 생산한다.^[57]

이 설계는 43가지 설계 요구 사항을 충족하도록 개발되었으며,^[62] 주요 개발 사항은 용량 증대, 수명 연장, 안전성 강화에 중점을 두고 있다. 또한 설계 개선은 경제적 목표와 인허가 요건을 충족하는 데에도 초점을 맞추고 있다.

완전 디지털 계측 제어(I/C)로의 전환, 안전 주입 시스템(SIT)에 새로운 시스템 구현 등 여러 가지 다른 변경 사항도 통합되었다.

3. 1. 주요 특징

APR-1400은 OPR-1000 설계를 기반으로 하는 진화된 형태의 가압 경수로이다. 한국 환경에서 이 원자로는 3,983MW(공칭 4,000MW)의 열 출력으로 1,455MW의 순 전기 출력을 생산한다.^[57]

43가지 설계 요구 사항을 충족하도록 개발되었으며,^[62] 주요 개발 사항은 용량 증대, 수명 연장, 안전성 강화에 중점을 두었다. 설계 개선은 경제적 목표와 인허가 요건 충족에도 초점을 맞추고 있다. OPR-1000과 비교하여 주요 특징은 다음과 같다.

항목	OPR-1000	APR-1400	변화
발전 용량(순)	1000 MW	1400 MW	40% 증가
설계 수명	40년	60년	50% 증가
내진 설계 기준	0.2g (리히터 규모 6.5)	0.3g (리히터 규모 7.0)	50% 증가
노심 손상 빈도	10^-4/년	10^-5/년 미만	10배 감소
핵연료 집합체	177개	241개	36% 증가

완전 디지털 계측 제어(I/C)로의 전환, 안전 주입 시스템(SIT)에 새로운 시스템 구현 등도 이루어졌다.

3. 2. 노심

APR-1400의 원자로 노심은 핵연료 집합체 241개, 제어봉 집합체 93개, 노심 계측 집합체 61개로 구성된다.^[58]^[59]^[60]^[61] 각 핵연료 집합체는 16 x 16 배열(일부 공간은 제어봉을 위한 안내관에 의해 사용됨)로 핵연료봉 236개를 가지며, 이산화 우라늄(평균 농축도 2.6 w/o)을 포함하고, 평균 체적 출력 밀도 100.9 W/cm³을 생성할 수 있다. 노심의 최대 30%는 약간의 수정으로 혼합 산화물(MOX) 연료를 사용할 수 있다. 노심은 최대 60,000 MWD/MTU의 연소도로 18개월의 운전 주기를 위해 설계되었으며, 열적 여유는 10%이다.^[3] 제어봉 집합체의 경우, 탄화 붕소 펠릿 봉 76개가 전강도 제어봉에 사용되며, 인코넬-625 봉 17개가 부분 강도 제어봉에 사용된다.

3. 3. 1차 계통 (원자로 냉각 계통)

OPR-1000 및 이전 C-E 설계와 마찬가지로 APR-1400은 두 개의 원자로 냉각재 루프를 가지고 있다. 각 루프에서 가열된 1차 냉각수는 하나의 핫 레그를 통해 원자로 압력 용기(RPV)를 빠져나와 하나의 증기 발생기를 통과하고, 두 개의 콜드 레그를 통해 원자로 용기로 되돌아오며, 각 콜드 레그에는 원자로 냉각 펌프(RCP)가 장착되어 있다.^[62] 2번 루프에는 작동 중에 증기 기포가 유지되는 핫 레그에 하나의 가압기 (PZR)가 있다. 루프는 대칭적으로 배열되어 있어 핫 레그는 RPV의 원주에서 서로 마주보고 있다. 증기 발생기가 RPV에 비해 높게 위치하므로 RCP 고장 시 자연 대류에 의해 원자로 냉각재가 순환된다. 가압기에는 파일럿 작동 완화 밸브가 장착되어 있어 원자로 냉각 시스템의 과압을 방지할 뿐만 아니라 급수 완전 손실 시 수동 감압도 가능하다.^[62]

3. 4. 2차 계통

각 증기 발생기는 13,102개의 인코넬 690 튜브를 가지고 있으며, 이 재료는 이전 설계에 사용된 인코넬 600에 비해 응력 부식 균열에 대한 저항성을 향상시켰다.^[3] 후기 진화형 System 80+ 설계와 마찬가지로 증기 발생기 설계는 일체형 급수 절약기를 통합하여 증기 발생기(SG)에 도입되기 전에 급수를 예열한다. OPR-1000 설계와 비교하여 증기 발생기는 2차 급수 재고가 더 커서 건조 시간을 연장하고 필요할 경우 수동 조작자의 개입 시간을 더 많이 제공한다. 설계 튜브 폐쇄 마진은 10%로, SG 튜브의 최대 10%가 막힌 상태에서도 장치가 최대 전력으로 작동할 수 있음을 의미한다. 증기 발생기에서 나오는 두 개의 주 증기 라인 각각에는 5개의 안전 밸브, 주 증기 배출 밸브 및 하나의 격리 밸브가 포함되어 있다.

4. 안전성

APR-1400 원전은 내진설계값이 0.3g로, 리히터 규모 7.0의 지진까지 견딜 수 있다. 이전에는 0.2g, 리히터 규모 6.5 지진까지 견딜 수 있었으며, 미국 원전의 80% 이상이 0.2g로 개발되어 운영 중이다.^[135]

원자로 냉각재 배관 파단으로 핵연료 냉각재가 모두 유출되는 최악의 가상 사고 발생 시, 비상노심냉각계통(ECCS)의 물이 원자로 용기에 직접 주입되는 방식을 채택하였다. 또한, 원자로 격납건물 내 중요 밸브들을 데이터베이스화하여 발전소 비정상 상황 발생 시 안전 조치 시간을 획기적으로 단축하였다. APR-1400의 주제어실은 인간공학적 설계를 적용하여 발전소에서 올라오는 수많은 정보를 가공, 처리해 원자로 운전원에게 최적의 상태로 정보를 제공하여 실수를 원천적으로 배제하도록 개발되었다.

OPR-1000과 APR-1400에 이어, 대한민국에서는 1500MW급 차세대 신형원전 ‘APR+’가 개발되었다. APR+는 후쿠시마 사고와 같이 전원상실 사고 시에도 중력과 같은 자연력에 의해 냉각수를 끊임없이 공급할 수 있는 피동보조급수계통(PAFS)을 적용하였다. 또한, 항공기 충돌이나 화재발생 등 돌발적 상황에도 원전을 안전하게 보호할 수 있도록 안전설비를 4중화하고 물리적으로 4분면 격리설계를 적용했다.

5. 수출

아랍에미리트에 4기를 수출하기로 계약했으며, 이는 대한민국 최초의 원전 수출이다.^[133] 세계 원전시장 점유율은 미국 WEC 28%, 프랑스 아레바 24%, 미국 GE 20%, 러시아 아톰에네르고프로 10%, 캐나다 AECL 5%로, 총 87%를 차지하고 있으며, 한국은 5%까지 점유율을 높이는 것을 목표로 하고 있다.^[78]

베트남 원전 5, 6호기용으로 2기를 수출하려고 한다. 아직 본계약이 체결된 것은 아니나, 2011년 11월 8일 청와대에서 열린 한-베트남 정상회담에서 공동연구에 대한 합의가 되었다.^[134]

이 원자로는 핀란드의 OL4 원자로 후보이기도 하다.

5. 1. 아랍에미리트(UAE)

2009년 12월, 한국전력공사(KEPCO) 주도의 컨소시엄은 아랍에미리트 바라카에 4기의 APR-1400 원자로를 건설하는 계약을 체결했다.^[26] 이는 대한민국 최초의 원전 수출이다.

바라카 1호기 건설은 2012년 7월에 시작되었고,^[27] 2호기는 2013년 5월,^[28] 3호기는 2014년 9월,^[29] 4호기는 2015년 9월에 각각 건설이 시작되었다.^[30]^[31] 1호기는 2020년 8월 1일에 에너지 생산을 시작했으며 2021년 4월 6일에 상업 운전에 들어갔다.^[32]^[33] 2024년 9월 5일, 네 번째이자 마지막 원자로가 상업 생산을 시작했다.^[55]^[56]^[50]^[54]

5. 2. 기타 국가

베트남 원전 5, 6호기용으로 2기를 수출하려고 한다. 아직 본계약이 체결된 것은 아니나, 2011년 11월 8일 청와대에서 열린 한-베트남 정상회담에서 공동연구에 대한 합의가 되었다.^[134]

2022년 10월, 폴란드 유틸리티 PGE와 ZE PAK는 KHNP와 파트너십을 맺고 Pątnów에 위치한 ZE PAK의 석탄 화력 발전소 근처에 다수의 APR-1400 원자로를 건설하기로 발표했다.^[36]

누제너레이션 (NuGen)은 앵지, 이베르드롤라, SSE의 합작 투자로 컴브리아주에 있는 무어사이드 원자력 발전소를 개발하기 위해 설립되었다. 2017년 12월 NuGen은 KEPCO가 도시바로부터 NuGen을 인수하기 위한 우선 입찰자로 선정되었으며, 3기의 AP1000 원자로는 2기의 APR-1400 원자로로 대체될 예정이라고 발표했다.^[34] 2018년 7월, 개발 자금 조달의 어려움으로 인해 Kepco의 우선 입찰자 지위가 종료되었다.^[35]

5. 3. 웨스팅하우스와의 소송

2022년, 웨스팅하우스 일렉트릭 컴퍼니(2000년에 Combustion Engineering을 인수)는 APR-1400이 System 80 원자로를 복제했다는 주장을 담아 한국수력원자력과 한국전력공사를 상대로 미국 연방 법원에 소송을 제기했다.^[11] 이로 인해 해당 소송이 해결될 때까지 미국 정부는 제3국으로의 APR-1400 수출에 필요한 허가 요청을 거부하는 간접적인 영향을 미쳤다.^[11]

6. 차세대 원전 (APR+)

OPR-1000과 APR-1400에 이어, 대한민국에서는 1500MW급 차세대 신형원전 ‘APR+’가 개발되었다. 2007년 8월에 개발이 시작되어 2014년 8월 정부로부터 표준설계인가를 취득하였다.^[129] 한국원자력연구원과 한전원자력연료(주)가 국내 기술로 독자 개발한 고성능 고유연료 ‘HIPER’를 사용하며, 100% 대한민국 고유의 설계 기술로 개발되었다. 항공기 충돌이나 화재 발생 등 돌발적 상황에도 원전을 안전하게 보호할 수 있도록 안전설비를 4중화하고 물리적으로 4분면 격리설계를 적용했다.

대한민국에서 독자 개발한 피동보조급수계통(Passive Auxiliary Feed-water System, PAFS)은 후쿠시마 사고와 같이 전원 상실 사고 시에도 원자로를 안전하게 정지 및 냉각시킬 수 있도록 중력과 같은 자연력에 의해 냉각수를 끊임없이 공급하는 장치이다. PAFS는 2대의 냉각수조와 4대의 열교환기 및 관련 배관과 밸브로 구성되어 있으며, 증기발생기에서 나온 증기가 수조 내의 열교환기를 지나면서 냉각수로 응축되어 중력에 의해 자동으로 증기발생기에 공급되는 방식으로 작동한다.

또한, 모듈형 건설 등 최첨단 공법을 활용해 건설 공기를 기존 52개월에서 36개월로 단축하였고,^[63] APR-1400에 비해 전기 생산 능력이 10%가량 증가하였다. 이는 한국원자력연구원과 한전원자력연료가 독자 개발한 고성능 고유연료(HIPER)를 사용하고, 핵연료 집합체를 APR-1400 대비 16개 추가해 총 257개로 늘린 데 따른 것이다. APR+는 한국의 고유 표준인 KEPIC(Korea Electric Power Industry Codeㆍ전력산업설비기준) 코드를 100% 적용했으며, 이전 APR1400 설계보다 한 단계 낮은 핵심 손상 빈도를 특징으로 하는 등 안전성이 향상되었다.^[64]

참조

_[1] 서적 Nuclear Reactors: Generation to Generation http://www.amacad.or[...] American Academy of Arts and Sciences 2014-08-26
_[2] 웹사이트 US design certification sought for APR1400, 2013. WNN http://www.world-nuc[...]
_[3] 논문 The design features of the Advanced Power Reactor 1400 http://www.kns.org/j[...] 2015-03-04
_[4] 간행물 http://pbadupws.nrc.[...] 2015-03-11
_[5] 뉴스 South Korea's AP1400 clear for European export http://www.world-nuc[...] 2018-01-05
_[6] 웹사이트 NRC: APR1400 Final Safety Evaluations https://www.nrc.gov/[...] 2019-05-14
_[7] 문서 Standard Design Approval for the Advanced Power Reactor 1400 https://www.nrc.gov/[...] Frederick D. Brown 2018-09-28
_[8] 웹사이트 US NRC set to certify APR-1400 reactor design - World Nuclear News http://www.world-nuc[...] 2019-05-14
_[9] 웹사이트 NRC: Package ML19120A148 - Direct Final Rule: Advanced Power Reactor 1400 Design Certification https://www.nrc.gov/[...] 2019-05-14
_[10] 뉴스 Korea's APR-1400 certified by US NRC https://www.neimagaz[...] Nuclear Engineering International 2019-09-12
_[11] 뉴스 US stalls South Korea's NPP export plans https://www.neimagaz[...] Nuclear Engineering International 2023-04-11
_[12] 뉴스 Shin-Kori 3 and 4 approved http://www.world-nuc[...] 2015-03-11
_[13] 웹사이트 Shin-Kori-3, Korea RO (South) http://www.world-nuc[...] 2015-03-11
_[14] 웹사이트 Shin-Kori-4, Korea RO (South) http://www.world-nuc[...] 2015-03-11
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_[17] 뉴스 Celebrations at South Korean groundbreaking http://www.world-nuc[...] 2015-03-11
_[18] 뉴스 Second Shin Hanul unit under construction http://www.world-nuc[...] 2015-03-11
_[19] 뉴스 Sites agreed for four more South Korean reactors http://www.world-nuc[...] 2015-03-11
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_[24] 뉴스 Second APR-1400 unit starts commercial operation http://www.world-nuc[...] 2019-09-03
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