sessionⅠ. 우리나라의 원전 프로그램 현황 및 정책

한국의 원전사업과 역량

한국전력공사 박수진 과장

한국은 현재 23기(20,716MW)의 원전을 운영해 현재 30%의 전력(150,300 MW)을 생산(석탄 39%, 가스 21%, 석유 7%, 수력 1%, 신재생 및 기타 2%)하고 있다. 현재 5기(6,600MW)를 건설 중이며 2023년까지 6기(8,400MW)를 추가로 건설 예정이다.

한전을 중심으로 한국의 원자력사업은 원전 설계, 건설, 운영, 유지, 핵연료 공급과 관련해 약 6만 명의 관련 인력과 공급 체인을 보유하고 있다.

고리1,2호기와 중수로인 월성 1호기를 턴키방식으로 도입하고 고리 3,4호 울진 1,2호기, 영광 1,2호기 건설에는 국내업체는 하도급으로 참여했고 90년대부터 국내업체가 주계약자로 참여해 영광 3,4호기(System 80), 월성 2,3,4호기를 건설했다. CE(현재 Westinghouse에 합병)의 시스템 80을 기반으로 개발한 OPR1000을 98년부터 울진 3,4호기, 영광 5,6호기, 울진 5,6호기, 신고리 1,2호기, 신월성 1,2호기 순서로 건설했으며 역시 CE가 제공한 System 80+를 기반으로 개발한 APR1400을 신고리 3,4호와 신월성 1,2호기로서 건설 중이며 UAE에도 4기 건설 중에 있다.

‘장기적 파트너십 구축’을 통해 원자력 관련 장비 제조, 원자력 연료, 유지보수, 전문인력 개발 등 다양한 분야에서 국제협력이 가능하다. 한국은 현재 안전성, 경제적 효율 면에서 향상된 1400 MW급 APR-1400을 개발하여 현재 고리와 울진에서 총 4기를 건설 중이다.

현재 국내 원전현황을 살펴보면 고리의 경우 6기 운영, 2기 건설 중, 월성은 5기 운영 1기 건설 중, 울진 6기 운영, 2기 건설 중, 영광 6기 운영 중이다.

제3세대 원전 모델인 ‘APR1400’은 발전용량이 1400MW로 향상되고, 설계수명이 60년으로 원전노심손상 발생가능성 감소, 대형방사능누출 발생가능성 감소 등 안전성 기준을 수립하고 설계에 반영했으며, 미국NRC와 IAEA의 최신 규제요건을 만족할 수 있도록 설계됐다.

한국 원전은 2009년 UAE(아부다비 정부)에 총 560만kW(APR-1400 4기, 약 186억불) 규모의 원전을 수주해, 현재 1기와 2기를 건설하고 있다.

후쿠시마 이후의 한국의 안전규제 강화

한국원자력안전기술원 김균태 박사

후쿠시마 원전사고 직후, 국내 전 원전에 대해 다중방호개념에 의한 특별안전점검(Special Safety Inspection based on Defense in Depth approach)을 실시했다. 안전성을 확인하고 설계기준을 초과하는 자연재해 발생을 가정하고 충분한 안전 여유를 갖도록 50개 후속대책을 수립․시행했다.

다중방호개념이란 먼저 이상상태의 발생을 가능한 방지하되, 이상상태가 발생했을 때에는 이의 확대를 최대한 억제하며, 만일 이상상태가 확대되어 큰 사고로 진전되었을 때에는 그 영향을 최소화하고, 주변 주민을 보호하도록 사고의 진전 단계마다 적절한 방어체계를 갖추는 것을 의미한다. 사고의 발생 방지수단으로서 모든 시설에 대하여 충분한 안전 여유를 갖도록 하고 안전에 중요한 설비는 고장에 대비해 설비를 다중으로 설계토록하고 있다.

그 내용은 ▲ 비상디젤발전기(EDG) 및 대체교류 디젤발전기(AAC) 등 전력 유지∙복구능력 강화 ▲ 비상냉각수 외부 주입유로 설치 등 원자로/사용후연료저장조 냉각기능 확보 ▲ 이동형 발전차 확보 ▲ 수소폭발방지를 위한 피동형 수소제거장치(PAR) 설치▲ 비상대응 훈련 및 관련 인력의 훈련 강화이다.

예를 들면 규모 6.5 이상의 강진 발생 →외부 전력공급 차단 → 기존 원전부지 높이(최대 12m) 이상의 대형 해일 발생 → 비상디젤발전기(EDG) 및 대체교류 디젤발전기(AAC) 기능상실 → 배터리 등 직류전원(DC) 기능상실 → 노심냉각기능 상실 → 노심손상 → 격납용기(CV) 손상되는 비상대응 상황을 가정한 안전대책을 강화하고 있다.

후쿠시마 이후 국제적 원자력 안전 강화를 위한 움직임을 나타났다. 2011년 9월 제55차 IAEA 총회는 IAEA Action Plan on Nuclear Safety을 채택했다.

주요 내용은 ▲ 정기적 안전점검 실시 ▲ IAEA 검토 및 자문 서비스(peer review) 강화 ▲ 비상 대응 체제 강화 ▲ 국별 안전규제기관 강화 ▲ IAEA 안전기준 검토 및 강화 ▲ 신규 원전도입국의 안전 인프라 구축 ▲ 투명성과 정보 제공 증진 등 이다.

EU는 2011년 유럽원자력안전규제그룹(ENSREG) 및 집행위원회 주도로 역내 총 143기의 원전을 대상으로 하는 강도 높은 Stress Test를 실시했다.

이 같은 결과를 근거로 2012년 회원국 원자력 안전 규제기관의 독립성 강화 및 Peer Review, 시정명령 등을 규정하도록 2009년 EU 원자력안전지침을 수정했다.

미국 NRC(Nuclear regulatory Commission)는 미 NEI(Nuclear Energy Institute)가 개발한 FLEX를 승인하고 9･11 사건 이후 제정된 광역손상 완화지침서(EDMG)를 기반으로 대응전략 마련을 지시했다.

FLEX는 발전소 설계를 초과하는 사고에 대비, 미국의 광대한 국토를 감안하여 미리 지정된 광역 지역별 센터에 이동식 설비 등을 갖추고 유연하게 대처하는 전략이다.

프랑스 ANS(Autorité de Sûreté Nucléaire)는 핵심안전설비(Hardened Safety Core) 및 신속대응팀(FARN) 중심의 대응방안을 마련토록 했다.

핵심안전설비(Hardened Safety Core)는 설계 기준 이상의 지진·홍수를 견딜 수 있도록 백업 디젤발전기의 분할 설치와 노심손상 상황에서 냉각수와 전력을 공급 하는 신속 대응 설비 등의 추가적인 설치를 의미한다.

2014년 5월 ‘원자력시설 등의 방호 및 방사능 방재대책법’이 개정돼 원전 반경 8~10㎞이던 방사선비상계획구역을 20~30㎞로 확대했다.

방사선 비상계획구역은 방사능 재난이 발생할 경우 주민 보호를 위해 비상 대책을 마련해야 할 구역으로 3~5km 범위에서 사전에 주민을 소개하는 등 예방적보호 조치를 실시하는 ‘예방적보호조치구역’과 20~30km 범위 이내인 ‘긴급보호조치계획구역’으로 구분한다.

앞서 발생한 체르노빌과 후쿠시마 사고를 보면 대규모 원전사고는 통상적으로 최소 반경 30km까지 중대한 영향이 발생했다.

원전부품 등 품질서류 비리의 재발을 방지하기 위해 위조방지용 추적관리시스템을 구축중임. 또한 설계·제조·공급의 3자 모두 규제당국에 보고하는 방안을 마련 중이다.

고리 1호기 및 월성 1호기에 대한 Stress Test 실시와 관련하여 대규모 자연재해 및 인재로 인한 광력피해에 대한 포괄적인 검토를 실시하고 있다.

원전 설계와 관련해 현재는 법적으로 의무사항이 아닌 노심손상을 허용하는 중대사고(severe accident)와 후쿠시마 사고와 같은 극단적 사건(Extreme events)에 대비한 설계를 의무하자는 주장이 대두되고 있는 상황이다.

원전사고는 설계기준사고(Design Basis Accident)와 설계기준초과사고(beyond Design Basis Accident)로 나눠진다. 설계기준초과사고는 노심손상이 허용되지 않는 사고와 노심이 손상된 중대사고(severe accident)로 나누며 중대사고 중 특히 심각한 경우를 극단적 사건(Extreme events)로 따로 분류하기도 한다.

이와 관련해 원자력안전에 관한 협약(CNS) 18조를 개정했다. 원전사고의 방지 및 발생시 방사능 외부 유출로 인한 대중의 피해가 없도록 신규원전을 설계하고 기존 원전에도 이를 적용하는 것을 법적 의무화하는 문제에 대한 논의는 진행 중이다.

다른 나라의 사례를 들면 EU는 2014년 7월 원자력안전지침 8조 A를 개정해 원자력 시설의 설계, 건설, 운영, 해체시에 사고 예방, 사고 발생시 결과 완화 및 대규모 방사능 외부 유출을 방지할 것을 법적으로 의무화했다.

국내에서도 중대사고 및 극단적인 사태에 대한 대비한 설계를 원전 인증 조건에 포함시키기 위해 현재 원자력안전법 개정안이 발의된 상태이며 동 법 개정 이후에 다수 호기를 대상으로 하는 광역손상 완화지침서(EDMG) 작성 및 사고대응 및 수습관리를 지원할 수 있는 비상대응조직 설치를 추진할 예정이다.

신형원전기술개발 현황

한국수력원자력 중앙연구원 김한곤 처장

우리나라는 1978년 고리1호기가 상업운전을 시작한 이래 울진 1,2호기를 프랑스에서 도입해 기술역량을 키웠다. 영광 3,4호기 건설을 계기로 CE의 System 80이라는 원전기술을 전수받아 이를 기반으로 OPR-1000 10기를 건설함으로써 기술자립을 이루었다. 2002년에는 3세대 원전인 APR-1400 개발에도 성공해 기술고도화를 달성했다.

APR-1400은 전기출력 1400MW급의 능동형 원전으로 원자로냉각재계통(Reactor Coolant System)은 2개의 냉각회로(Loop)로 연결돼 각 회로는 하나의 증기발생기(Steam Generator), 2개의 원자로 냉각재 펌프(Reactor Coolant Pump)와 이들과 원자로를 연결하는 배관으로 구성된다.

건설기간은 약 48개월이며 ㎾당 건설단가가 2300달러 수준으로 프랑스 2900달러, 일본 2900달러, 미국 3500달러보다 훨씬 낮다. 반면 ㎾h당 발전단가 3.03센트로 프랑스 3.93센트, 일본 6.86센트, 미국 4.65센트보다 저렴하다.

수명 60년에 리히터규모 7 이상의 초대형지진에도 안전성을 확보했으며 노심 손상 빈도는 IAEA 권고한 10만년에 1회의 사고 확률보다 10배 더 안전한 100만년에 1회 미만 발생하는 것을 목표로 설계됐다.

안전을 위해 적용한 신기술은 ▲ 비상냉각수 원자로용기 직접주입방식(DVI) ▲ 안전주입탱크내 피동형 유량조절기 도입 ▲ In-Containment Refueling Water Storage Tank (IRWST : 원자로건물내 재장전수탱크) 설치 ▲ 주제어실의 최신디지털기술 적용 등이다.

원자로 건물 내에 재장전수탱크를 설치함으로써 설계기준사고 및 설계기준초과사고 발생시 1차계통의 고온고압 유체 수용를 통해 격납건물의 오염을 방지하고 안전주입계통 및 살수계통 냉각수 계속 공급하여 운전원에 의한 재순환모드 변경 절차를 제거한다. 또한 중대사고 발생시 원자로용기 외벽 냉각설비 및 공동침수계통 냉각수 공급하게 됐다.

중대 사고에 대비해, 원자로 Cavity Flooding System(공동침수계통) 및 In-Vessel Corium Retention(노심용융물 노내 냉각방안)을 도입했다.

Cavity Flooding System는 IRWST 냉각수에 의해 원자로 용기 밖에서 노심용융물을 냉각시켜 원자로 건물 보호하는 것이고 In-Vessel Corium Retention은 원전에서 중대사고 발생시 원자로용기가 파손되기 전에 원자로용기 외벽을 냉각(external vessel cooling)함으로써 노심용융물을 원자로용기 내에 가두어 원자로용기 건전성을 유지하는 방안이다.

현재 APR-1400의 잠재시장을 확대하고자 유럽과 미국 시장에 각각 현지화된 EU-APR과 US-APR-1400의 개발 및 현지인증을 추진 중이다. 또한 3세대+모델인 1500MW급의 ‘APR+’와 함께 신규원전도입국에 적합한 1000MW급의 신형 원전모델을 개발 중에 있다. 새로운 원전모델은 혁신적인 원전 안전 개선, 경제성, 유지보수 관리의 편이성을 목표로 설계하고 있다.

유럽 사업자 요건(EUR)을 충족하기 위한 EU-APR을 개발하고 있으며 2017년 중순까지 EUR 협회 설계 인증 (DC) 취득을 추진 중이다.

EUR 주요 요건은 ▲ 피동 외부 냉각장치인 Core Catcher(노외 노심용융물 냉각설비) 등 Dedicated Severe Accidents Mitigation System(중대사고 전용 대처계통) 설치 ▲ 대형민항기 및 전투기 충돌에 대비한 이중 원자로건물 등 항공기충돌 대비설계 ▲ I&C 계통이 안전등급간, Defense Line간 독립성 유지(각 Defense Line별로 하드웨어 및 소프트웨어의 다양성을 갖는 Digital Control System, Programmable Logic Controller, Field Programmable Gate Array, Analog/Hardwired device 4개의 플랫폼으로 구성)이다.

미국 사업자의 요구를 충족시키고 2017년까지 NRC의 설계 인증 취득을 위해 신고리 3,4호기를 참조 노형으로 US-APR-1400의 개발을 추진하고 있다.

인증요건은 ▲ EPRI URD(미국전력연구원 사용자설계요건) 충족, ▲ 단일호기 설계, ▲ 다양한 최종열제거원(ultimate heat sink) 설치 등 이다.

 3세대+ 원전인 1500MW급 APR+’을 개발 완료하고 신규원전도입국에 적합한 1000MW급의 신형 원전모델인 APR+1000 개발 중이다.

APR+는 원전 수출 및 국내 차세대 원전 건설을 위해 완전 자체 기술에 의해 개발된 안전성과 경제성이 향상된 1500MW급 원전으로 2014년 8월 APR+ 표준설계가 인가되고 2020년대 후반에 상용화 예정이다.

국제적 안전기준을 반영해 ▲ 항공기충돌 대처 능력 강화, ▲ 안전주입계통은 물리적으로 독립된 4계열의 안전주입펌프, 배관, 밸브 등으로 구성했다.

안전주입계통 설계 개선을 위해 ▲ 원자로용기 직접주입(DVI)노즐 위치조정 및 Duct 설치하고 ▲ 기존 능동형 보조급수계통 대신에 피동형 설계 개념을 도입했다.

APR+의 발전된 기술을 기반으로 신규 원전도입국에 적합한 1000MW급의 신형원전모델 APR+1000은 2015년 3월 개발이 완료될 것으로 예상하고 있다.

장기적으로 외부 전력공급, 완전 피동형 안전계통, 대형 사고에도 방사능이 유출되지 않는 제4세대 원전개발을 2022년까지 기본 설계 완료를 목표로 추진 중이다.

sessionⅡ 원전수출대상국의 원전 프로그램 현황 및 정책

국민여론조사결과 64% 이상 원전건설 찬성

폴란드 경제부 Tomasz Nowacki 원자력국 부국장

폴란드는 현재 총 6000MW의 전력(두개의 원전)을 원자력 발전으로 충당할 계획으로 2035년까지 2-3기의 원자로로 구성된 첫 번째 원전을 완공하고 두 번째 원전 건설을 시작할 계획이다.

폴란드의 원전계획은 4단계로 나눠진다. 1단계(2014년~2016년）에는 부지선정 및 원전기술선정단계이다. 현재 호주업체와 20억유로 규모의 계약을 체결하고 기술선정을 진행 중이다. 2단계(2017년~2018년)는 원전건설계획 확정 및 정부 인허가 취득하고 3단계(2019년~2024년)에 제1원자로 완공 및 제2원자로 준공을 계획하고 있으며 4단계(2025년~2030년)에는 2035년까지 각 2~3기의 원자로로 구성된 첫 번째 원전을 완공하고 두 번째 원전 건설 시작을 목표로 하고 있다.

폴란드 대부분의 발전소는 62%이상이 30년 이상 가동한 노후 발전소이다. 고로 2030년까지 총 설비용량 33.5 GWe의 30%가 발전소 폐쇄에 따라 줄어들 예정이지만 전력수요는 지속적으로 증가하는 추세에 있다.

폴란드는 2012년 기준 갈탄 33%, 석탄 52%, 석유 2% 가스 3%, 신재생 11%의 비율로 전력 생산 설비를 유지해 오고 있다.

이들의 MWh당 발전단가 (2012년 기준)를 비교해보면, 갈탄 33.33 EUR, 석탄 54.29 EUR, 복합 사이클 가스 터빈 발전소(CCGT) 및 열병합발전소(CHPS) 96.67 EUR, 수력 33.33 EUR, 풍력86.9 EUR이다.

폴란드 발전의 대부분을 차지하는 석탄발전소에 대한 CO2 배출 규제 등 EU 차원의 규제가 강화되고 있는 가운데 자연적 여건이 신재생에너지의 도입이 어려운 상황으로 원전도입이 가장 현실적인 방안이라 할 수 있다.

최근 국민여론조사결과 64% 이상이 원전건설을 찬성했으며, 지역별로는 폴란드 Zarnowiec 부지의 Gniewino(80%)와 Korokowa(72%)의 주민 찬성이 높은 상황이다. 또한 폴란드는 원전도입으로 인한 환경영향평가와 관련해 유럽 국가들과 협의 중이다.

2020년대 원전 도입 위해 수용성 증대 중

말레이시아 에너지부

Siti Azrah Mohd Ibrahim 전력정책과장

말레이시아는 2010년 12월 원자력 발전 계획 및 이행 계획을 위한 기구(NEPIO) 설립하고, 2011년 1월 말레이시아 원자력발전공사(MNPC)를 설립해 원전을 준비하고 있다.

원전건설에 대한 최종결정은 아직 이루어지 않고 진행 중으로 2015년 중 원자력인프라 개발계획 연구, 지역선정 타당성조사 검토 등이 마무리되면 결정될 예정이다.

2020년대 원전 도입을 위해 원자력수용성 증대를 위한 대중교육, 국제협정, 국내법령 등 원자력 관련 법제 정비, 부지선정, 공개입찰 등 관련 준비를 진행 중이다.

세계 1위 우라늄생산국으로 원전도입에 유리

카자흐스탄 에너지부 국가원자력센터

Aleksandr Kolodeshnikov 부과장

카자흐스탄은 전국적으로 특히 남부지역이 전력발전량이 부족하고 석탄 및 가스 발전이 87%, 수력이 12%로 석유 및 가스 발전에 편중되어 있다. 앞으로 전력 생산 증가 및 에너지 다각화 차원에서 원전도입이 필요한 상황이라고 판단한다.

현재 원전건설 부지 선정 중으로 남부지역의 Ulken 및 Kurchhatov에 대한 타당성조사를 진행하고 있다. 2014년 9월에 러시아와 원전건설을 위한 협력협정을 맺고 원전건설 및 운용에 러시아의 지원을 받기로 결정한 바 있다.

2014년 5월 Rosatom社와 카자흐스탄 원자력공사 Kazatomprom社는 카자흐스탄 내 300~1,200MW급 원전을 건설하는데 협력한다는 내용의 MOU를 체결했다.

카자흐스탄은 세계 1위의 우라늄 생산국으로, 우라늄 채광, 정련, 핵연료성형가공 인프라를 가지고 있고 과거에 소듐 냉각 고속로인 BN-350을 운영한바 있다. 현재에도 3기의 연구로(IGR, WWR-K, IVG-1M)을 운영하고 있는 등 원전 관련 경험을 축적하고 있어 원전도입에 매우 유리한 상황이다.

세계 우라늄 매장량의 12%가량을 보유하고 있으며 2009년부터 세계 1위의 우라늄 생산국으로 ’13년에 세계 생산량의 38%에 해당하는 2만2,500톤을 생산했다.

국영 우라늄 및 핵연료제조 화사인 Kazatomprom은 러시아 앙가르스크우라늄 농축공장의 지분을 25% 매입하고 캐나다 Cameco와 우라늄 전환공장 설립을 협의 중이며 프랑스 Areva와 우라늄 체광 및 핵연료성형가공 분야에서 협력 관계를 유지하고 있다.

카자흐스탄은 구소련시절 핵연료 가공공장을 보유하고 있으며, 우라늄 원광 판매를 지양하고 우라늄 정광을 핵연료로 가공해 핵연료를 국제시장에 공급하겠다는 계획도 함께 추진하고 있다.

카자흐스탄은 1964년부터 1994년까지 세계 최초의 소듐냉각 고속로인 350 MWe 급 BN-350 원자로를 운영해 전력과 담수를 생산했다. 플루토늄도 생산했으나 2010년 해체돼 현재 300톤의 사용후 핵연료(3톤의 플루토늄 포함)를 함께 보관하고 있다.

카자흐스탄 원자력 연구기관인 NNC는 일본과 프랑스와 협력해 경수로 및 고속로의 안전 관련 연구를 진행 중이며 벨기에의 MYRRHA project, Tokamak(KMT)을 통해 ITER project에도 참여하고 있다.

본 기사는 에너지코리아뉴스의 자매지 월간<ENERGY KOREA> 2014년 12월호를 통해 보실 수 있습니다.