한국 원전 산업을 이끌어 갈 혁신형 소형모듈원자로(i-SMR)의 세부 구조 및 심층방어 설계안이 처음 공개됐다. 민간 항공기의 충돌까지 견디는 발전소 외벽을 포함해 5단계에 걸쳐 안전장치를 마련하고 사고 위험을 10억년에 한 번 수준으로 크게 낮췄다는 것이 i-SMR 사업단의 설명이다.
17일 서울 광화문 코리아나호텔에서 원자력안전위원회가 개최한 ‘SMR 안전규제 방향 마련을 위한 전문가 세미나’에서 i-SMR 사업단은 이같은 내용을 골자로 하는 ‘i-SMR 심층방어 설계안’을 공개했다. 그동안 국회 등에서 i-SMR의 대략적인 개념도가 공개된 적은 있지만 구체적인 심층방어 설계안과 목표가 공개된 것은 이번이 처음이다.
심층방어 설계안에 대해 원안위 등 규제기관은 다단계로 검증한다. 올해 안에 포괄적 규제요건이 마련되면 사업단은 내년부터 표준설계에 들어간다. 2028년 검증 및 인허가를 마쳐 최종 인가를 받을 예정이다. 임승철 원안위 사무처장(사진)은 “적기에 i-SMR 인허가 절차가 이행될 수 있도록 안전규제 체계를 갖춰 나가겠다”고 했다.
임 처장은 “앞으로도 개발자, 전문가들과 소통을 지속해 규제기관이 안전기준을 먼저 제시하며 smr 개발을 이끌어나가는 역할을 하겠다”고 덧붙였다.
설계안에 따르면 i-SMR은 전기 출력 기준 170㎿ 노심을 가진 일체형 원자로 4개로 구성될 예정이다. 냉각수 내 붕산을 없애 폐기물 발생량을 줄이고 노심 안전성을 높이는 ‘무붕산 운전’ 등 신기술 등을 도입한다. 방사성물질의 외부 유출을 막기 위한 핵연료 피복재, 원자로건물 내·외벽 등 5중 방벽을 갖춘다.
원자로는 지표면의 흙을 30m가량 파 내려간 뒤 나오는 단단한 암반층 위에 건설한다. 노심 온도가 설계 온도보다 15% 이상 올라도 견딜 수 있도록 하고 출력 대비 두배 이상 많은 냉각수를 보유하도록 할 예정이다.
각 원자로는 30㎝ 이상 두꺼운 철제형 격납용기로 밀폐한다. 대기압의 최대 40배 수준의 고압에도 견딜 수 있도록 할 예정이다. 현행 상용 원전의 여덟 배 수준이다. 만약의 사태에도 내부 진공을 유지하며 방사성물질의 외부 방출을 막고 발화 및 폭발 현상을 원천적으로 차단한다.
원자로 위에는 민간 항공기의 충돌도 견딜 수 있는 발전소 건물을 짓는다. 전체 발전소 부지는 축구장 너비 정도에 불과하다. 방사성 물질이 유출된다고 하더라도 사람의 접근이 금지되는 면적은 발전소 부지 내부에 그칠 수 있도록 하는 것이 목표다. 현재 원전 사고 시 반경 30㎞ 이내 주민이 소개되는 것과 비교해 차이가 크다.
모든 안전계통은 전기 공급이 끊겨도 작동할 수 있도록 설계한다. 외부 전력이 필요한 펌프를 이용해 냉각재를 순환시켜야 하는 대형 상업원전과 달리 자연 대류를 통해 냉각재를 순환시킬 수 있게 하는 것이 핵심이다. 다만 전체적으로 세부적인 제원은 원안위 등 규제기관과 협의해 나갈 예정이다.
김한곤 i-SMR 사업단장은 “모든 인간은 실수할 수 있고 모든 기계는 고장 날 수 있다는 것을 염두에 둔 설계가 심층방어 설계”라며 “i-SMR의 사고 위험은 10억년에 1번 정도에 불과할 정도”라고 했다. 김 단장은 “한국이 체코에 수출하는 최신형 상업용 원자로 APR1000 사고 확률의 1000분의 1 이하 수준”이라고 덧붙였다.
SMR은 출력이 대형 상업원전의 약 5분의 1 수준인 차세대 소형 원전이다. 원전의 핵심 기기인 원자로, 증기발생기, 냉각재 펌프, 가압기 등을 하나의 용기로 모듈화 한 것이 특징이다. 대형 상업원전에 비해 안전성이 높고 입지 선정이 자유롭다.
세계적으로 SMR에 대한 관심은 커지고 있다. 러시아의 우크라이나 침공 이후 높아진 에너지 안보 위기에 화석 연료를 대체할 수단으로 주목받고 있기 때문이다. 개별 모듈을 제어하며 발전량 조절이 가능해 풍력, 태양광 등 재생에너지 발전의 한계를 보완한다는 것도 장점이다. 업계에서는 세계 SMR 시장이 2035년 630조원 규모로 성장할 것이라는 전망도 나온다.
정부는 SMR의 노형을 개발하는 ‘i-SMR 개발사업’에 올해부터 2028년까지 총 3992억원의 사업비를 투입한다.
미국 프랑스 러시아 중국 등은 80종 이상의 SMR 노형 개발을 추진하고 있다. 미국 뉴스케일파워는 2020년 9월 미국 원자력규제위원회(NRC)로부터 77MWe(메가와트일렉트릭)급 SMR인 ‘VOYGR’에 대한 표준설계 허가를 받았다. 아이다호국립연구소(INL) 부지에 시범 플랜트를 건설해 2029년 송전하는 것을 목표로 하고 있다.
일본은 고온시험연구로(HTTR)를 운전하고 있으며, 아르헨티나는 2014년 30MWe급 SMR을 착공했으나 몇 번의 공사 중단을 겪은 후 2021년 11월 건설을 재개했다. 러시아는 35 MWe급 가압경수로형(PWR) 원자로 KLT-40S를 운전하고 있으며, 제4세대 납 냉각 고속로 실증로를 건설 중이다. 중국은 210MWe급 고온가스로, HTR-PM 실증로 건설을 마치고 2021년 11월 송전을 개시했을 뿐 아니라 170MWe급 PWR, ACP-100 실증로까지 건설하고 있다.
한국 기업들의 움직임도 분주하다. 두산을 비롯해 삼성, 현대, GS, SK 등이 SMR 개발사와 손잡고 SMR 시장에 적극 참여하고 있다. 특히 두산에너빌리티(옛 두산중공업)는 국내 유일의 원전 기자재 제작 기업이라는 점에서 다른 기업과 차별점이 있다. 원전 주기기 설계제작 경험을 바탕으로 미국 SMR 개발사 뉴스케일파워와 지난 4월 SMR 주기기 제작을 위한 협약을 체결하는 등 SMR 분야의 한·미 기업 간 협업에서 한발 앞선 행보를 보이고 있다.
김진원 기자