산업 특성

1. 관련 정책 및 규제

미국 원자력 발전 산업은 원자력규제위원회(Nuclear Regulatory Commission, NRC)와 에너지부(Department of Energy, DOE)가 공동으로 감독한다. NRC는 1974년 에너지재편법(Energy Reorganization Act)에 의해 설립돼 민간 원자력 시설의 인허가, 운영 감독, 안전 규제를 담당하며, DOE는 원전 기술 개발 및 핵연료 공급망 관련 업무를 수행한다. 현행 인허가 체계는 건설허가와 운영허가를 단계적으로 취득하는 방식(10 CFR Part 50)과 원자로 설계 사전인증 후 건설·운영허가를 통합 취득하는 복합면허 방식(10 CFR Part 52) 두 가지 경로로 운영된다. 2024년 완공된 조지아주의 보글(Vogtle)원전 3·4호기는 Part 52 방식이 최초로 적용된 상업 원전 사례다.

AI의 부상과 데이터센터의 확장으로 최근 수년간 미국의 전력 수요가 폭발적으로 증가함에 따라 미 정부는 원전을 통해 전력 수요에 유연하게 대처할 수 있도록 정책적 지원을 이어가고 있다.

<2022~2025년 주요 입법 및 행정 동향>

[자료: 백악관, 미 의회]

2. 주요 기업 현황

2024년 기준 미국에서는 94기의 상업용 원자로가 54개 원전에서 운영 중이며, 총 설비용량은 97GW로 전력 생산의 약 19%를 담당하고 있다. 운영 중인 원전 대부분이 1960~1990년대 건설된 대형 경수로로, 설계수명 연장과 개보수가 핵심 투자 영역이다. 최근에는 빅테크 기업의 AI 데이터센터 전력 수요가 폭발적으로 증가하면서 원전이 24시간 365일 무탄소 기저 전력을 공급할 수 있는 최적의 에너지원으로 각광받고 있어 원전 기업의 역할이 확대되고 있다.

컨설팅 기업 크리시난앤어소시애트(Krishnan & Associates)에 따르면 미국 내 상위 5개 발전사로는 콘스텔레이션 에너지(Constellation Energy), 비스트라 에너지(Vistra Corp.), 듀크 에너지(Duke Energy), 테네시 밸리 오소리티(Tennessee Valley Authority, TVA), 서던 뉴클리어(Southern Nuclear)가 있으며, 해당 기업들이 전체 원전 설비용량의 54%를 점유하고 있다. 이 가운데 콘스텔레이션 에너지는 22.8GW의 원전 설비용량을 보유한 미국 최대 원전 운영사로 21기의 원자로를 12개 부지에서 운영하고 있다. 미 전체 무탄소 전력의 10% 이상을 생산하며, 원전 설비 이용률 94% 이상의 업계 최고 수준을 유지하고 있다.

<콘스텔레이션 에너지의 펜실베이니아주 소재 크레인 클린 에너지 센터>

[자료: www.constellationenergy.com]

듀크 에너지는 11.2GW의 원전 설비용량을 보유하고 있으며, 노스캘롤라이나∙인디애나∙오하이오주 등에서 11기를 운영하고 있는 기업이다. TVA는 7기를 운영하며, NRC에 소형모듈원전(Small Modular Reactor, SMR) 건설허가를 신청하는 등 신기술 도입에 적극적이다. 서던 뉴클리어는 2023년 7월과 2024년 4월에 각각 보글 원전 3, 4기를 상업운전에 들어가 주목받았다.

최신 기술 동향

1. 소형모듈원전(SMR) 기술 개발 가속화

SMR은 출력 300MW 이하의 소형 원자로로, 공장 제작·현장 설치 방식으로 건설 기간과 비용을 절감할 수 있어 차세대 핵심 기술로 주목받고 있다. 시장조사기관인 마켓앤마켓(Markets and Markets)에 따르면 2024년 글로벌 SMR 시장 규모는 60억 달러로 추산되며, 동 시장은 2030년까지 연평균 3% 성장해 71억4000만 달러 규모에 이를 것으로 전망된다. 보고서는 AI센터 확장에 따른 전력수요 확대와 탄소 배출이 없는 클린 에너지의 높은 선호도가 SMR 시장의 성장을 견인할 것이라며, 특히 북미 시장이 글로벌 시장에서 가장 빠르게 확대될 것으로 예상했다.

<SMR 주요 기업>

[자료: WSJ, Bloomberg, NRC, CNBC 및 각 사 홈페이지]

2. 기존 원전 재가동 및 수명 연장

전력 부족 심화로 폐쇄된 원전의 재가동이 미국 에너지 정책의 핵심 과제로 부상했다. 홀텍 인터네셔널은 지난 2022년 폐쇄되었던 미시건주의 팰리세이드 원전 재가동을 결정했다. 홀텍은 동 원전의 이전 소유주인 엔터지(Entergy Corporation)로부터 원전 해체를 목적으로 발전소를 인수했으나 미국 내 전력수요가 급증하면서 원전 재가동으로 전략을 변경했다. 팰리세이드 원전은 미 에너지부로부터 약 15억2000만 달러 규모의 대출 보증을 확보했으며, 2026년 내 전력망 연결 및 재가동을 목표로 하고 있다.

콘스텔레이션 에너지는 지난해 9월 마이크로소프트와 계약을 체결하고, 스리마일섬의 원전 1호기 재가동을 통해 20년간 직접 전력거래계약(PPA) 방식으로 전력을 공급하기로 했다. 계약 체결 당시 재가동 시점을 2028년으로 발표했으나 2025년 이 시점을 2027년으로 앞당겨 다시 발표했다. 발전용량은 835~837MW 규모다.  

3. 4세대 원자로 기술

DOE는 첨단원자로실증프로그램(ARDP)을 통해 4세대 원자로(Gen-IV) 원자로 개발을 지원하고 있다. 4세대 원자로는 물로 냉각했던 기존 원자로와 달리 소듐냉각고속로(STR), 용융염 원자로, 초고온 가스냉각로(VHTR) 등의 기술을 적용해 3세대 원자로보다 고온에서 운전이 가능해 효율적으로 에너지를 발전할 수 있는 장점이 있다. 현재 고농축 저농축우라늄(HALEU) 연료를 활용하는 4세대 원자로 상용화를 위해 센트러스 에너지 등은 미국 내 HALEU 생산 역량 구축에 나서고 있다.

산업 수급현황

1. 생산 현황

지난해 미국의 원자력 발전량은 782 TWh로 전년(775 TWh) 대비 소폭 증가했다. 이는 2024년 4월 보글 원전 4호기의 상업운전 개시(1,114MW)의 영향으로 분석된다. 미국의 원자력 발전량은 전 세계 원자력 발전량의 30%를 차지하며, 설비 이용률도 92%로 발전원 중 최고 수준이다.

원자력에너지협회가 발표한 보고서에 따르면 산업 전체 설비투자(CAPEX)는 2022년 약 54억8000만 달러, 2023년 약 54억4000만 달러 수준으로 조사됐다. 2012년 110억8000만 달러로 최고점을 기록한 CAPEX는 보글 원전 건설이 막바지 단계에 진입하면서 줄어들었다.

미국 원자력 발전에 필요한 핵심 연료∙기자재 관련 주요 품목은 천연 우라늄 및 화합물, 농축 우라늄, 원전 핵심 기기 등이 있으며, 상당 부분을 해외 수입에 의존하고 있다. 

<원전 산업 관련 주요 품목>

[자료: U.S. Energy Information Administration, World Nuclear Association, Global Trade Atlas]

2. 수입현황 및 한국과의 교역 현황

미 원전은 연간 우라늄 소비량의 92~95%를 해외에서 조달한다. 미국 에너지부 산하 에너지 관리청(EIA)이 발간한 보고서에 따르면 지난 2024년 미국 원전이 가장 많은 우라늄을 구매한 국가는 캐나다로 조사됐다. 전체 미국 우라늄 공급량의 36% 이상을 차지하며, 최근 3년 동안 미국의 최대 우라늄 수입국으로 자리를 지켜왔다. 세계 최대 우라늄 생산국인 카자흐스탄은 전체 공급량의 24%를 차지해 2위에 올랐으며, 호주가 17%로 카자흐스탄의 뒤를 이었다.

한국은 미국의 우라늄 주요 공급국은 아니지만, 원자력 기자재 및 발전설비 분야에서 양국간 산업 협력을 진행해 왔다. 한국 두산에너빌리티는 미국 보글 원전에 증기발생기 등 주요기기를 공급한 실적이 있으며, 웨스팅하우스의 AP1000 원자로 기자재 공급망에도 한국 기업들이 참여하고 있다.

<2022~2024년 미국 원전의 우라늄(U3O8e) 수입 현황>

(단위: 천 파운드, 파운드당 USD)

주: W=기업 비공개 자료, 합계는 개별 항목을 독립적으로 반올림했기 때문에 구성 항목의 합과 정확히 일치하지 않을 수 있음, 가중평균 가격은 인플레이션을 반영하여 조정한 값이 아님

[자료: U.S. Energy Information Administration]

진출전략

1. 미국 원전 산업 SWOT 분석

2. 유망분야

1) SMR 기자재 및 엔지니어링 서비스

현재 미국 내 다양한 SMR 시범 프로젝트가 진행 중이다. 이에 따라 모듈 제작, 소듐 열교환기, TRISO 연료 제조, 계측제어 시스템, 격납 구조물 등 SMR 특화 기자재 공급 기회가 확대되고 있다. 한국의 두산에너빌리티, 현대건설, 한국전력기술 등은 이미 미국 원전 공급망 내 진입 실적을 보유하고 있어 SMR 분야 협력으로 확장할 수 있는 기회도 커질 것으로 기대된다.

2) 원전 디지털화∙사이버 보안

노후 원전의 아날로그 제어 시스템을 디지털 계측제어로 교체하는 현대화 사업이 확대되고 있다. 또 원전 시설 대상 사이버 보안 요건이 강화됨에 따라 산업용 사이버보안, 실시간 모니터링, AI 기반 이상 탐지 솔루션 수요가 증가하고 있다.

3) 사용 후 핵연료 저장∙처분 기술

DOE에 따르면 미국에는 현재 9만5000메트릭톤 이상의 사용 후 핵연료가 주요 원전 부지에 임시 보관되어 있다. 건식 임시저장, 재처리∙재활용 기술, 심층처분장(DGR) 기술 및 방사성 폐기물 관리 서비스 시장이 중장기적으로 성장할 가능성이 있다.

자료 : Container Magazine, Financial Times, Ship & Bunker, Goldman Sachs, Nuclear Regulatory Commission, Department of Energy, U.S. Energy Information Administration, World Nuclear Association, Global Trade Atlas, U.S. Energy Information Administration, Marketsandmarkets 및 KOTRA 뉴욕무역관 자료 종합