높은 안정성과 경제성으로 주목받는 SMR

미국에너지부(DOE, Department of Energy)는 지난 6월 소형모듈형원자로(SMR, Small Modular Reactor) 배치 가속화를 위해 9억 달러 규모의 지원을 하겠다는 정책을 발표했다. 이를 통해 바이든 정부는 2035년까지 탄소 배출 없는 전력 에너지를 사용하겠다는 목표를 달성할 계획이다. 백악관은 2024년 5월 29일부터 원자로 건설 프로젝트를 더 효율적으로 추진하기 위해 원전 프로젝트 개발자와 투자, 노동계, 학계 전문가들이 포함된 '원자력 프로젝트 관리 및 공급망 실무그룹'을 신설해 운영하고 있다.

SMR은 전기출력이 300메가와트(MWe) 이하인 소형의 원자로다. 여러 개의 작은 모듈로 구성돼 있어 유지보수가 효율적이다. 이런 특징 덕분에 안전성, 비용 절감, 친환경, 사회기여 등의 측면에서 다양한 효과를 기대할 수 있다.

① (안전성) 안전장치가 모듈별로 작동해 기존 원자로보다 1000배 더 안전할 것으로 기대된다.

② (비용 절감) 공장에서 사전 제작된 모듈을 현장에서 조립하는 형식으로, 발전소 건설 기간을 단축하고 비용을 절감할 수 있다. 또한 SMR 설치 비용은 약 20억 달러로, 대형원자로의 설치 비용보다 60% 정도 저렴해 초기 투자 비용이 낮다. SMR의 단위 전력당 비용도 대형 원자로보다 약 2배 정도 낮다.

③ (친환경) SMR은 원자력발전의 특성상 온실가스 배출을 줄일 수 있을 것으로 기대된다. 원자력발전은 핵분열 반응을 통해 전력을 생산한다. 이에 킬로와트시당 이산화탄소 배출량이 약 15g 수준이다. 태양광 전 대비 3배 정도 낮다.

④ (사회기여) 소형원자로라는 특성상 대형 전력망이 없는 외딴 지역에서도 사용 가능하다. 이에 따라 전국의 산업 인프라를 구축하는 데 기여할 수 있다. 글로벌매체 포브스(Forbes)에 따르면, 원자력발전소는 화력발전소보다 두 배 이상의 많은 일자리를 창출한다. 원자력발전소에서는 방사성 물질을 다뤄 지속적인 유지보수가 필요하기 때문이다.

< 미국 청정에너지 발전소 일자리 창출 >

[자료: Forbes]

데이터센터로 높아진 전력 수요를 충당할 것으로 기대

미국 전력 생산의 41%는 청정에너지며, 그중 원자력에너지가 43%를 차지하고 있다. 태양광, 수력, 풍력 등이 통합 56%를 생산한다. 미국은 2021년 기준 약 93개 원자로를 가동 중이며, 2023년 기준 시간당 전력 생산량은 약 800TWh(테라와트시)로, 전세계에서 가장 많다. 이는 미국에는 원자력발전의 주 원료인 우라늄이 풍부하기 때문이다.

< 2015~2023년 미국 원자력 생산 규모 >

(단위: terawatt-hours 테라와트시)

[자료: OurWorldInData.org/energy]

글로벌 금융정보기업 블룸버그 로(Bloomberg Law)에 따르면, 원자력은 현재 건설 중인 데이터센터의 운영으로 미국에서 증가하는 전력 수요를 충족시켜줄 에너지원으로 주목받고 있다. 지난 5월, 미국의 비영리 기관인 전력연구소(EPRI, Electric Power Research Institute)가 발표한 연구에 따르면, 2030년까지 데이터센터는 미국 전력 생산의 9%를 소비할 것으로 예상되며, 이는 현재 소비량의 두 배에 해당한다. 연구소는 이에 따라 부족한 전력에 대한 대응이 필수적이라고 밝혔다.

데이터센터는 크게 냉각기와 인공지능(AI)이라는 두 가지 측면에서 전력 수요를 급증시킬 것으로 예측된다. 먼저 데이터센터는 서버 및 기타 IT 장비의 과열을 방지하기 위해 지속적인 냉각이 필요한데, 이러한 냉각 시스템도 방대한 양의 전력이 필요하다. 원자력 발전소는 날씨의 영향을 받는 풍력이나 태양광과 달리 24시간 지속적으로 전력을 생산하여 데이터센터에 안정적으로 공급할 수 있다.

AI 시스템에서 사용자의 요청을 처리할 때 쓰이는 AI 쿼리는 전통적인 인터넷 검색보다 약 10배 더 많은 전기를 필요로 한다. AI가 사진이나 비디오를 생성할 때는 훨씬 더 많은 전력이 필요하다. 이런 이유로 전력 수요는 꾸준히 증가할 것이라는 전망이다. 연방 에너지 규제 위원회(FERC, Federal Energy Regulatory Commission)의 보고서에 따르면, 미국 전역의 데이터센터의 전력 수요는 2023년 19기가와트(GW)였고, 올해 21GW로 증가해 2034년 말까지 35GW에 이를 것으로 예상된다. 10년 동안 14GW가 증가할 것이라는 전망이다. 이는 덴마크 전체 전력 소비량인 15GW와 맞먹는 수준이다. 하나의 원자력 발전소는 일반적으로 1~1.5GW의 전력을 생산하기 때문에 대규모 발전 설비의 추가 건설이 필요할 것으로 예상된다.

시사점

미국의 대표 SMR은 빌게이츠가 설립한 SMR개발사인 테라파워(Terrapower)가 있다. 한국에서는 '혁신형 소형모듈원자로(i-SMR)'가 개발 중이다. i-SMR, 테라파워 등의 SMR은 발전량 변동폭이 크고 전력 수요에 맞춰 에너지 생산이 불가능한 친환경에너지의 단점을 보완할 수 있다. 

한국 2050 탄소중립 녹색성장위원회는 한국의 i-SMR 기술은 테라파워보다 성능이 우수하다고 한다. 테라파워의 로드 팔로잉(load following)이 50%인데 비해 i-SMR은 로드 팔로잉이 80%까지 가능하다는 점에서 효율성이 더 높기 때문이다. 로드 팔로잉은 전력 생산 설비가 실시간으로 전력 수요 변화를 따라가며 출력량을 조절하는 것을 의미한다.

현재 산업통상자원부와 과학기술정보통신부는 2028년까지 한국형 i-SMR 기술을 개발하는 것을 목표로 전년 대비 9배 증액된 600여억원의 관련 예산을 편성했다. 이와 같은 정부 지원은 소형발전소 뿐만 아니라 관련된 부속품 수요를 증가시키고 기술 개발을 촉진 시킬 것으로 사료된다. 이로 인해 확보된 기술 경쟁력을 바탕으로 미국에서 높아지는 SMR 및 그에 들어가는 부속품의 수요도 충족시켜 수출 기회의 문을 열 수 있을 것으로 기대된다.

자료: 미국에너지부(DOE), 포브스(Forbes), 블룸버그 로(Bloomberg Law), 미국 전력연구소(EPRI), 연방 에너지 규제 위원회(FERC), 산업통상자원부 자료, KOTRA 시카고 무역관