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'신규원전 건설 중단' 선언한 정부와 'SMR 지원하겠다'는 여당 대표

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[석광훈 에너지전환포럼 전문위원(khoonseok@gmail.com)]
빌 게이츠가 후원하는 테라파워의 소형모듈형 원자로(SMR)가 외신을 통해 소개된 뒤 국내에서도 몇 개월째 SMR에 대해 대대적인 언론 보도가 이어지고 있다. 국내에서도 두산중공업, 원자력연구원 등이 미국, 캐나다의 SMR 개발 사업에 참여한다며 이른바 증권가에서도 'SMR주'가 홍보되기도 한다. 정치권에서는 지난 4월 여야 과학기술정보통신 상임위원들이 모여 'SMR 국회 포럼'을 출범하는가 하면, 송영길 더불어민주당 대표가 국회 교섭단체 연설을 통해 SMR을 주창하기도 했다.

소형모듈원자로의 개념과 현실

대체 SMR이란 무엇일까? SMR은 명확히 정의된 개념은 없지만 대체로 300메가와트(MW)이하의 소형원전으로 '대형원전의 건설 비용으로 인한 투자 부담을 줄이자'는 논리에서 나왔다. 세계 원전의 맏형격인 웨스팅하우스가 미국 조지아주에 AP1000원전(1100MW) 두 기의 건설을 추진하다가 치솟는 비용을 감당 못 해 지난 2017년 도산한 사례를 겪은 서구 원자력계가 새로 들고나온 논리이다. 그러나 규모의 경제가 핵심 경쟁력인 원전은 용량이 줄어들수록 건설 단가는 오히려 늘어나게 되어 이런 논리는 금방 설득력을 잃는다.

실제로 웨스팅하우스도 지난 1990년대 말 중형모듈원전인 AP600(650MW)설계를 완료해 놓고 당시 상용화된 대형 가스복합발전 대비 발전 단가 경쟁이 되지 않자 AP600을 폐기하고 AP1000으로 변경할 정도였다. 미국 SMR 개발에 가장 앞서있는 뉴스케일(NuScale)사도 애초 지난 2003년 설비 용량을 35MW로 설계했지만, 설계를 구체화하면 할수록 경제성이 나오지 않는다는 판단을 하며 설계 변경을 반복하다가 지난해에는 그 두 배가 넘는 77MW로 설계 변경하겠다는 입장을 발표했다. 그러나 앞으로도 설계 용량 증대는 반복될 수밖에 없다.

SMR은 또한 이른바 모듈(Modular)원전을 추구한다. 규모의 경제를 포기하는 대신 '양산의 경제(Economy of Mass-Production)'로 경제성을 만회하겠다는 논리이다. 즉 건설 부지에서 4~5년간 엔지니어링 작업을 하며 발생하는 원전의 막대한 건설 비용을 줄이고, 대부분의 핵심 설비를 공장에서 생산해 건설 부지에서 간단히 조립 설치만 할 수 있도록 만들어 현장 공사 비용을 최소화한다는 논리다. 그러나 이런 대량 생산 체계를 갖추기 위해서는 수백 기에서 수천 기의 원전 수주를 받지 않는 이상 투자자를 찾기 어렵다.

이미 개도국, 선진국을 가리지 않고 신규 원전 수주는 가뭄에 콩 나듯 1년에 서너 건 정도, 그것도 대부분 중국, 러시아 등에 집중되어 있는 반면, 대부분 재생에너지가 신규 발전소 시장을 차지하고 있다. 예를 들어 미국 로렌스버클리 연구소(LBNL)에 따르면 지난해 말 기준으로 미국에서 송전선 연계를 기다리고 있는 신규 발전설비는 약 750GW에 달하는데, 이 중 90%가 태양광, 풍력이고 나머지 10%는 가스발전소로 원전이나 석탄화력은 아예 없다. 심지어 재생에너지가 전무했던 베트남조차 지난 2018년부터 지난해까지 무려 16GW(한빛원전 16기 용량)의 태양광 패널을 설치한 상황이다.

이런 현실 앞에 SMR을 추진하는 미국, 캐나다 업체들은 경쟁이 치열한 전력 시장이 아닌 농촌이나 오지 탄광 같은 통상적인 발전소들이 들어서기 어려운 틈새 시장에 집중한다는 전략을 취하고 있다. 서구에서 SMR 개발에 가장 앞서있는 미국의 뉴스케일(NuScale)사는 첫 번째 SMR을 아이다호주에 건설해 인근 유타주의 농촌지역들에게 전력을 공급한다는 계획을 추진 중이다. 이 사업은 미국에너지부가 건설비 일부를 지원하고 나머지는 인구 5만 명 이하 군 단위(county) 지자체 20여 개를 모은 유타 지자체협동전력(UAMPS)의 공동투자를 받을 예정이다. 하지만 이미 지난해 가장 큰 지자체인 로건 시(Logan City) 등 3개 지자체가 사업타당성 문제를 제기하며 탈퇴했으며, 시간이 지날수록 다른 지역들도 이탈할 가능성이 있다.

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▲ SMR은 증기발생기, 가압기, 냉각재 펌프, 노신과 핵연료를 일체화시킨 소규모(애초 35MW으로 시작했으나 갈수록 커져 현재 300MW 이하 규모를 일컫는다) 원자로를 모듈처럼 여러 기를 밀집시킨다는 개념의 원전이다. ⓒ함께사는길

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원자력계가 SMR에 목맬 수밖에 없는 진짜 이유

한마디로 SMR은 그 기본 개념부터 국내외 전력 시장의 현실에 전혀 부합하지 않는 허구적 '희망의 논리'로 만들어진 개념이다. 그럼에도 불구하고 왜 서구 원자력계는 비현실적인 SMR 사업에 매달리는 것일까?

첫 번째로는 선진국에서 미국은 물론 대표적인 친원전 국가였던 프랑스에서조차 플라망빌 원전의 애초 준공 일정이 10년 넘게 지연되고 건설 비용은 애초 제시된 33억 유로에서 무려 191억 유로(약 26조 원)로 치솟으며 신규 원전 시장이 완전히 끝났다는 점이다. 즉 원자력계는 SMR 사업의 상용화 성공 여부와 무관하게 각국의 정부 지원을 지속적으로 받을 새로운 개념과 명분이 필요해진 것이다.

둘째는 전력 시장 내 기술적인 조건의 변화다. 세계적으로 태양광, 풍력 등 간헐성 재생에너지가 전력 시장에 대거 진입하면서 전력망의 안정 차원에서 기존 대형원전의 가동은 물론 건설할 수 없는 상황에 돌입했기 때문이다. 전력망은 매 순간 수요와 공급이 균형을 이뤄야 정전 없이 유지되어야 하는데, 일출-일몰 주기로 발전량이 변화하는 태양광과 그보다 더 복잡한 주기의 풍력설비가 증가하면 나머지 발전기들은 이들 재생에너지 출력 변화에 맞춰 실시간으로 출력을 조정하거나 기동과 정지를 반복하며 균형을 유지하며 적응해야 하는 시대에 들어온 것이다.

이때 실시간 출력 변화와 기동/정지에 능한 이른바 속응성 발전기술은 '유연성 전원'으로, 이런 제어가 불가능하거나 어려운 발전기술은 '경직성 전원'으로 분류된다. 전자는 가스터빈, 양수발전(일반수력포함), 리튬이온배터리가 대표적이며, 후자는 원전과 석탄화력이 대표적이다. 특히 1GW급(한빛원전) 이상의 대형 원전들은 그 존재 자체가 재생에너지가 증가한 전력망의 안정성에 큰 위협이 된다.

왜 대형원전이 문제가 될까? 발전기들은 수많은 원인에 의해 언제든 불시정지가 일어날 수 있다. 1기의 발전기가 불시정지할 경우, 불시정지 시점의 총수요 대비 해당 발전기의 상대적 크기는 전력망 안정에 미치는 파급력을 결정한다. 예를 들어 과거 전력수요가 충분히 큰 상황에서 원전 한두 기가 불시정지 한다고 해서 큰 문제가 된 사례는 없었다. 그러나 지난해 태양광 설비가 전국적으로 15GW를 넘어서며 낮 시간대 순수요는 과거보다 크게 낮아지는 추세다. 특히 공장조업을 중단하는 주말에는 순수요가 더 낮아지게 되는데, 만약 이때 대형원전이 불시정지하면 전력망에 미치는 충격이 커지고, 순간적인 불균형은 정전으로도 이어질 수 있다.

예를 들어 주말이던 지난 5월 29일 신고리원전 4호기(정격용량 1.4GW, 최대가동용량 1.5GW)가 화재로 불시정지할 때, 국내 전력망의 순수요는 태양광 증가로 과거보다 한참 낮은 약 49GW였다. 신고리 4호기의 비중은 순수요 대비 3.1%로, 당시 불시정지로 인해 국내 전력계통의 주파수는 순간적으로 0.21헤르즈(Hz)정도 떨어졌다. 참고로 지난 2011년 발생한 '9.15 정전 사태' 당시 주파수 하락은 0.4Hz였다는 점을 감안하면, 신고리 3,4호기가 동시에 불시정지할 경우 정전을 경험했을 수도 있다. 원전 2기가 동시 불시정지하는 사례는 의외로 적지 않은데, 올해 들어서만 한울원전 1,2호기가 두 차례나 동시에 불시정지한 사례가 있다.

바로 이런 문제 때문에 한국전력거래소는 지난해에 이어 올해 설 연휴까지 총 3회에 걸쳐 연휴 기간 국내 발전소 중 가장 용량이 큰 신고리 3,4호기의 20% 출력 감발을 한수원에 요구했다. 즉 태양광이 증가한 상황에서 공장 조업 중단까지 겹쳐져 순수요가 대폭 낮아지는 연휴 기간 신고리 원전의 출력을 낮추어, 불시정지가 발생하더라도 전력망에 미치는 영향을 최소화하기 위한 조치였다. 그렇다면 지난해 기준 6.5% 수준인 국내 재생에너지의 발전량 비중보다 훨씬 높은 선진국들에서는 어떤 일이 벌어지고 있을까?

지난해 풍력발전의 비중만 24%를 넘어선 영국에서는 전력당국(NG-ESO)이 사이즈웰-B 원전(약 1.2GW)을 6월에서 9월까지 4개월 동안 출력을 50% 줄여서 운전하도록 조치했다. 금융 비용을 포함 막대한 건설비가 투자된 원전을 4개월이나 절반의 출력으로 운전하게 되면 그 손실 역시 막대하다. 한전, 한국수력원자력 등 공기업 지위 덕분에 원전 건설에 금융 비용이 적게 드는 국내에서도 원전 1기가 정지할 경우 하루 손실은 5억~10억 원에 이른다고 알려져 있다. 그럼에도 영국 전력당국이 보상비까지 지불해가며 원전 출력을 저감한 조치는 그만큼 대형원전이 재생에너지가 늘어난 전력망의 안정에 큰 위협이 되기 때문이다. 원자력계가 SMR이라도 들이밀 수밖에 없는 상황은 이런 이유가 있었던 것이다.

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▲ '혁신형 SMR 국회 포럼'이 지난 4월 14일 서울 여의도 글래드호텔에서 출범식을 가졌다. ⓒ한국원자력연구원

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국내 스마트원전의 '흑역사'

국내에서는 지난 4월 출범한 'SMR 국회 포럼'을 통해 기존 원자력연구원(이하 '원연')이 개발한 이른바 스마트(SMART)원전을 통해 '세계적인 추세'에 발맞춰 SMR을 개발하겠다는 주장이 나오고 있다. 스마트원전은 뉴스케일 등 해외에서 진행되는 것과 완전히 다른 원형에 기반하고 있다. 지난 1990년대 말 원연이 구소련 붕괴 후 폐기된 핵잠수함 추진 원자로 설계를 싼값에 구매해 발전용으로 용량 증대를 시도한 바 있다. 과학기술부(이하 과기부)와 원연은 지난 2007년 해수담수화용 원전을 추진했다. 그러나 정부 예비타당성 평가에서 경제성, 기술성 부적합 판정을 받았고, 결국 과기부는 이듬해 2008년 2월에 이 사업을 공식 폐기하였다.

그럼에도 같은 해 이명박 정부와 과기부가 '원전 수출 붐' 조성의 일환으로 스마트원전을 수출용으로 부활시키려 했지만 아무런 건설 실적이 없는 원전을 누가 사겠는가? 그래서 당시 과기부는 대외신뢰도 개선 차원에서 안전규제기관인 원자력안전기술원을 동원해 설계 완성도가 부족한 원연의 개념 수준의 설계를 '편법과외'를 시켜가며 개량해 표준 설계 인증을 받게 하고 설계 개량과 인증에 필요한 비용 약 2000억 원은 한전에게 부담시켰다.

그러나 애초 표준 설계 인증은 국내에 동일한 원전을 반복 건설할 때 중복 규제를 줄이기 위한 조치이기에 수출용 원전에 전혀 맞지 않는 인증 사업이었다. 그럼에도 아무것도 내세울 것이 없는 이른바 '페이퍼 원전'에 표준설계인증이라는 포장을 가져다 붙인 셈이다. 애초 이명박 정부와 과기부에 의해 강제로 스마트원전 컨소시엄에 참여한 한전은 터무니없는 설계라는 것을 누구보다 잘 알기에 2012년 표준 설계 인증이 끝나자마자 컨소시엄을 탈퇴하고, 이명박 정부도 결국 포기한 채 임기를 만료했다.

박근혜 정부에서는 특별히 원전정책이라기보다는 사우디 방문을 계기로 이벤트 성격으로 스마트원전을 다시 꺼내 들었다. 이번에는 한전이 없으니 '스마트파워'라는 민간업체를 원연에 끌어다가 그럴듯하게 다시 컨소시엄을 만든다. 하지만 표준 설계 인증 이후 아무런 설계 개선도 없고, 당장 건설하라는 요청이 와도 실제 건설할 아무런 준비가 되어있지 않은 원연과 과기부는 새로운 탈출구를 마련한다. 이미 대내외적으로 이란의 우라늄 농축에 맞서 핵재처리, 우라늄 농축 권한을 확보하겠다고 공표한 사우디에게 '공동 설계 개발' 명목으로 사우디 원자력 인력을 국내에 초청해 원자로 기술 교육을 시킨 것이다. 그러나 '사우디 수출용' 스마트 원전은 그 설계 내용이나 국제비확산체제에서나 말이 되지 않는 사업이었다.

문재인 정부 들어와서는 누군가 이 문제를 정리해줄 것이라 기대할만한 사안이었지만, 결국 앞선 정권들에서 하던 걸 반복한다. 이번에는 원연에 한수원을 붙여주고, 원연과 한수원이 공동으로 다시 설계 변경하는 사업을 하게 만들었다. 몇 년째 그 설계 변경의 실체가 전혀 공개되지 않은 상황에서 최근에 'SMR 국회 포럼'을 출범시키고, 이른바 i-SMR이라는 개념도 홍보하고 있다. 물론 설계 내용은 아직도 개념 수준일 뿐 세부 설계는 아무것도 진행된 것이 없다. 'i-' 라는 이름은 미국업체의 과거 SMR 설계명을 모방해 유행처럼 붙인 것 말고는 아무런 의미가 없다.

SMR을 지원하겠다는 정부여당에 대한 우려

문재인 정부가 출범한 뒤 신규 원전의 건설 중단을 결정한 뒤, 원자력계의 거센 저항을 무마하기 위해 제시한 것은 원전 수출의 지원이다. 특히 사우디 등 중동 지역에 스마트원전을 수출하겠다는 의지는 문재인 정부 들어서도 여러 차례 표명되어 왔다. 그러나 앞서 언급한 대로 국내 스마트원전은 건설 수주가 들어오면 오히려 낭패를 볼 정도로 발전용 원전으로 추진하기에 아무런 준비가 되어있지 않다. 원자력진흥위원회와 정부여당이 향후 8년간 4000억 원의 예산을 투자해 SMR을 개발하겠다는 정책도 이 개발 사업에 참여하는 원연 직원 200~400명의 인건비와 경비를 챙겨주겠다는 일종의 '원자력 기본소득정책'에 불과하다.

다만 이 사업은 그 규모를 보면 내년 예비타당성 평가를 받아야 하는데, 지난 2007년 사례처럼 부적합 판정을 받을 가능성이 농후하다. 이에 정부여당의 대표적 인사는 지난 'SMR 국회 포럼'에서 SMR이 예비타당성 평가를 통과하도록 조치를 취하자는 입장도 밝혔다. 아직 기술적, 경제적 타당성이 불명확한 기술 개념에 대해 국회가 국가평가시스템에 정치적 압력을 넣겠다는 의지의 표명인 셈이다.

우려할 문제는 여기서 끝나지 않는다. 송영길 민주당 대표는 최근 국회 교섭단체 대표 연설을 통해 소형모듈원자로(SMR)를 미래 핵심 에너지 기술로 주창했다. 송 대표는 자신의 SMR 관련 주장을 뒷받침하기 위해 한미 정상회담 결과가 결국 SMR 추진의 근거인 것처럼 아전인수로 해석하는 발언도 하였다. 그러나 한미 정상회담과 공동성명에는 원전 수출 시 한미 협력을 도모한다는 통상적인 언급만 있었을 뿐, SMR이나 SMR을 유추할만한 어떤 언급도 없었다.

오히려 미국 바이든 정부는 한미 정상회담 공동성명과 함께 공개한 팩트시트(Factsheet)를 통해 한국이 원전을 수출할 때 상대국에게 '국제원자력기구(IAEA) 안전조치 추가의정서' 가입을 촉구할 것이라고 제시하였다. 안전조치 추가의정서는 가입국의 핵 활동에 대한 IAEA 사찰을 의무화한 국제 핵 비확산 체제의 일환이지만, 핵 재처리 및 우라늄 농축 권한을 공공연히 주창해 온 사우디는 그 동안 이 추가의정서 가입을 거부해왔다.

결국 한미 공동성명의 팩트시트는 이명박 정부 시절부터 사우디 원전 수출을 모색해온 한국에게 스마트원전, 대형원전 가릴 것 없이 국제 핵 비확산 체제를 위협하는 무모한 시도를 중단하라는 경고성 메시지다. 참고로 미국은 핵확산 위험 때문에 그동안 사우디의 요청에도 미국-사우디 간 원자력 협정 체결을 불허해 왔다. 정부여당이 원자력계의 불만을 달래기 위해 '원자력 복지' 차원의 정책 노력을 넘어서 예비타당성 평가와 같은 국가 평가 체계와 국제 핵 비확산 체제까지 위협하는 상황은 매우 위험하다. 이제라도 정도와 원칙을 회복하기 바란다.

[석광훈 에너지전환포럼 전문위원(khoonseok@gmail.com)]

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