[신년 기획] 원전, 에너지 안보 중요에너지원
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  • 김병욱 기자
  • 승인 2020.01.20
  • 댓글 0
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전세계 수명 도래 원전 폐로 나서
美 가장 많은 원전 해체 경험 보유
원자력발전소 부지, 녹색지대 환원
원전 폐로시장 블루오션 떠올라
 

[투데이에너지 김병욱 기자] 전세계에 운전 중인 원자력발전소는 지난 2018년 8월 기준으로 454기다.
우리나라 원자력발전소는 후쿠시마 원전사고 이후 안전성 문제와 문재인 정부 출범 이후 탈원전으로 인해 신규 원전 건설 중단 등이 이뤄지고 있다. 또한 기존 원전의 폐로로 인해 원전 해체시장이 업계의 관심을 끌고 있다. 원전 해체시장은 향후 연평균 3조9,000억원 규모의 시장을 형성할 것으로 보이며 전세계 관련기업들의 블루오션이 될 전망이다.
특히 해외 원전 제작사들이 해체 관련 기술들을 가지고 있는 것으로 예상되며 우리나라에서도 원전 제작 관련기업들이 해체 관련 기술들을 보유할 것으로 보인다. 이에 국가별 원전 해체 전망, 국내 원전 폐로 전망 등에 대해 살펴보고 우리나라 원전 현황, 중소형 원자로 연구개발 등에 대해서도 살펴보고자 한다. /편집자 주

현재 가동 중인 세계 원전은 지난 2018년 8월 기준으로 454기이며 가동연수가 30년 이상 된 원전이 270기로 가동원전의 60%가 1970년대 원전을 조기에 도입한 미국, 일본, 영국, 프랑스 등에 집중돼 있다.

한국원자력산업회의가 발간한 원자력연감 부록에 주요국 원전 해체 현황 및 전망에 따르면 설계수명인 40년에 가까워지면서 원전 발전사업자는 가동 중인 원전을 안전성 검사 및 대규모 교체작업을 통해 계속운전을 할 것인지 아니면 영구정지하고 해체를 진행할 것인지를 결정한다.

미국은 상대적으로 장기간 운전을 했으나 90% 이상이 인허가 갱신을 통해 60년간 운전할 예정이며 원전의 경제성만 입증되면 60년에서 한번 더 인허가를 갱신한 20년을 추가해 80년을 시도하고 있다.

유럽은 10년 단위로 주기적 안전성 평가에 의해 계속적으로 운전하는 반면 스웨덴 원전의 경우처럼 원전의 발전 경제성이 저하되는 경우 발전사업자는 언제라도 원전을 영구 정지할 수 있다.

지난 2018년 말 기준으로 전세계적으로 현재 영구 정지한 원전은 총 169기로 각국별 기수는 미국 35기, 영국 30기, 독일 29기, 일본 18기 등이다.

이들 중 21기만이 해체가 완료됐으며 그 중 16기가 미국에서 해체돼 가장 경험이 많으며 다양한 해체 사례를 보유하고 있다.

향후 원전 해체시장은 오는 2110년까지 약 368조원, 연평균 약 3조,9000억원에 달하는 시장으로 성장할 것으로 추정되며 오는 2030년까지는 약 1,000억달러 규모의 거대한 원전 해체시장이 형성될 전망이다.

전세계 453기의 원자로 중 약 30%에 해당하는 131기가 2019년부터 2030년 사이 폐쇄될 예정이며 오는 2025년과 2021년에는 각각 19기와 17기가 폐쇄될 것으로 전망된다.

지역별로 보면 오는 2030년까지 유럽에서 가장 많은 수의 원전이 폐쇄돼 해체가 진행될 것으로 보인다.

프랑스는 오는 2030년까지 총 36기가 설계수명이 만료, 폐쇄될 예정이며 이 기간 중 일본과 러시아, 영국은 각각 36기, 22기, 16기가 해체될 전망이다.

지난 2014년 기준으로 해외 원자력발전소 1기당 해체 예상단가는 6,000억원~1조원 수준으로 추정하고 있으며 정부에서는 고리 1호기 해체 비용을 7,515억원(2016년 말 기준)으로 추산하고 있다. 이에 반해 안전기준이 강화될수록 비용은 늘어나며 해체경험이 앞서 있는 일본 9,590억원, 독일 8,590억원, 미국 7,800억원의 추산금액보다 낮게 책정했다는 점을 감안해 비용은 더 커질 수 있다는 시각이 우세하다.

■미국 원전 현황

미국에서는 1989년 시험용 원전인 Shippingport를 해체한 후 가장 최근에는 Maine Yankee 원전이 지난 1997년 운전정지를 하고 2004년에 최종적으로 해체가 완료됐다.

미국은 35기의 원전이 영구 정지 및 해체를 진행 중에 있다. 미국 원자력산업은 지난 1960년 이래로 70개가 넘는 시험용, 입증용 및 상업용 원전을 성공적으로 해체해 전세계에서 가장 많은 원전 해체의 경험을 보유하고 있다.

미국도 원전해체의 경험이 부족하던 1970~ 1980년에는 미국 에너지부(DOE)가 직접 해체를 주도했으며 이후 관련 법령체제가 만들어지면서 발전회사들이 주도적으로 원자력발전소 해체를 맡아서 수행했다.

원전해체의 경험을 충분히 축적한 미국은 민간 해체 전문기업이  해체를 전담하고 있으며 대표적으로 EnergySolution과 Westinghouse를 모기업으로 둔 PCI EnergyServices가 있다.과 현재 Zion 원전 1호기와 2호기의 해체를 수행하고 있다.

특히 Zion 원전은 최초로 해체 전문회사에게 인허가가 이전돼 해체가 진행된 사례이며 해체 완료 후에는 부지소유권 및 사용후핵연료 독립저장시설 인허가가 다시 원전운영자에게 이관될 계획이다.Crosse 원전도 동일한 방식으로 해체가 진행되고 있으나 Vermont Yankee 원전은 운영자가 부지 및 사용후핵연료를 타기업으로 양도한 이후 구매기업이 해체를 진행할 예정이다.제 1원전은 지난 1978년 10월 정지 이후 지연해체 상태이며 해체계획은 1993년에 승인됐다. 1호기와호기간 분리가 이뤄졌으며 1호기 및 2호기의 사용후핵연료는 부지 내 독립적인 사용후핵연료 저장조로 이송돼 보관하고 있다.

사업자는호기 인허가가 만료되는 2029년에서 2031년 사이에 1호기 해체를 시작할 계획이다. 부지 복원은 2035~2036년에, 최종부지조사는 2036년에 수행할 계획이다.

■국내 원전 현황

원전 운영허가를 1회 연장한 고리 원전 1호기는 2017년 6월, 고리 2호~고리4호기는 2023, 2024, 2035년에, 한빛 원전호기, 월성호기, 울진호기는 2025~2028년에 운영허가가 만료된다. 월성 1호기는 계속 운전 심사 중이며 한국 원전 23기 중 10기는 2020년대에 설계수명이 만료된다.

원전 수명을 10년씩 2번 연장하면 한국 원전 10기들의 설계수명은 2040년대에 만료된다.
운영허가가 만료된 원전들의 주요 기기를 보수하고 교체해서 원전 운영허가는 10년씩 연장되고 있다. 또한 우리나라 원전의 설계수명은 30~40년이며 신고리 원전호기의 APR1400 설계수명은 60년이다.

수명 연장 이유는 원전 건설 비용보다 상대적으로 경제적이기 때문이며 다른 국가들도 수명연장을 하는 것으로 예상된다.

■중소형 원자로 연구개발

현재 세계 각국은 경제 상황 및 정치 상황에 따라 다양한 소형 원자로를 개발하고 있다.

우리나라를 비롯해 미국, 러시아, 중국, 영국 등은 소형 원전 개발에 나서고 있다. 안전하고 타 에너지원대비 경제성이 있는 소형 원전이 개발될 경우 소형 원전시장의 잠재력은 무궁하다.

우리나라는 지난 1997년부터 개발한 SMART의 상용화를 위해 지난 2015년 3월 사우디아라비아와 SMART 파트너십 협력을 위한 양해각서와 이에 따른 SMART 건설 전 설계 협약을 체결했다. 건설 전 설계 협약은 사우디아라비아와 우리나라가 공동 투자해 사우디아라비아에 건설할호기의 건설 전 설계를 추진하기 위한 협약이다.

미국은 TMI 원전사고 후 원전 건설이 장기간 진행되지 못함에 따라 잃어버린 대형 원전의 글로벌 리더 위치를 회복하기 위해 정부의 강력한 지원하에 가장 활발하게 소형 원전을 개발하고 있다.

지난 2012년 B&W사의 mPower를 소형 원전 개발 지원 노형으로 선정했으며 2013년에는 2차로 NuScale 노형을 선정했다.

미국 정부 지원 프로그램으로 소형 원전의 본격적인 개발에 착수해 4~5년 후 인허가를 획득하고 2020년대에 상업운전을 개시하는 개발전략으로 진행되고 있다.

반면 mPower 개발 시점을 연기하겠다는 발표와 함께 실질적인 개발을 중단했다.
중국은 ACP1000 이외에 CGNPC사를 중심으로 바지에 선적을 할 수 있는 원자로인 ACPR505를 개발 중에 있다.

 

 

▲해체 중 원전 현황

Humboldt Bay 원전은 지난 1976년 7월 영구 정지된 이래로 1988년 해체계획서가 승인돼 사업자는 1988년 정후 활동보고서를 제출하고 2007년 독립적인 사용후핵연료 저장조를 건설했다.

Crosse원전은 지난 1987년 4월 정지됐으며 지연해체계획서는 1991년 8월 승인됐다.

또한 Zion 제1,2원전은 1998년 2월 정지됐으며 연료는 사용후핵연료 저장조로 이송됐으며 사업자는 지난 1988년 3월 연료이전인증서를 제출했다.

지난 2018년 8월 기준으로 미국에서 가동 중인 99기의 원전 중 89기가 20년 계속운전을 위한 인허가 갱신을 취득했으며 47기가 이미 40년 이상 이상 계속운전을 하고 있다.

반면 60년 수명이 도래하는 오는 2025~2050년 사이에 다수의 원전이 운영허가가 종료될 것으로 예상됨에 따라 많은 원전이 영구정지될 것이며 오는 2030년까지는 5기의 원자로가 해체될 계획이다.

미국 원전 해체에 영향을 미치는 중요한 요인은 해체 후 부지 활용 여부로써 부지 활용 결정에 따라 해체 전략, 부지의 재사용 및 해체 비용에 지대한 영향을 미친다.

또한 사용후핵연료 처리 처분에 대해서는 미국 연방정부가 책임이 있다. 처리 처분을 위한 장소가 결정되지 않았을 경우 사용후핵연료는 중간저장소 저장 및 관리를 위한 별도의 인허가 과정을 거쳐 부지 내의 중간저장소에 저장되며 최종부지가 확정될 때까지 보관한다.

▲영국 원전 해체

지난 2005년 영국 정부는 원자력시설 부지 해체를 담당하는 역할을 하는 원자력해체청(NDA: Nuclear Decommissioning Authority)을 설립해 운영하고 있다. 또한 해체사업 프로그램 관리 및 경쟁력이 있는 기술공급사를 개발하는 책임을 갖고 있다. 영국은 11개 부지의 Magnox 원전 중에 Oldbury 및 Wylfa의 2개 부지를 제외한 모든 부지가 영구적을 폐쇄됐다. 7개 부지의 Magnox 원전은 해체를 위한 사용후핵연료 제거 수순을 밟고 있다.

또한 지난 1993년 폐쇄된 Berkeley, 1990년 폐쇄된 Hunterston A, 1993년에 영구 정지한 Trawsfynydd 등 3개 부지의 Magnox 원전해체가 수년 동안 진행되고 있다. 특히 Berkeley 부지의 해체는 진전을 보이고 있다.

원전은 지난 1989년에 전력 생산을 중단했으며 1990년대 초에 해체를 시작해 2009년도에 유지 관리 단계에 접어들었다.

▲프랑스 원전 해체

프랑스는 발전사업자의 해체 전략 및 해체 시나리오는 해체 수행과정 동안의 안전성 보장을 위해 원자력안전청(ASN: The French Nuclear Safety Authority)이 프랑스 원자력시설 해체와 관련된 업무를 주관하고 있다.

프랑스는 즉시 해체 방식을 채택하고 있으며 프로젝트는 프랑스전력공사(EDF)와 프랑스 원자력청(CEA)주도로 수행하고 있다.

현재 가동 중인 58기 원전 중 36기가 오는 2030년까지 해체될 전망이며 이에 따른 프랑스 해체시장은 약 200억달러로 추산된다.

▲독일 원전 해체

독일은 19기의 영구정지 중인 원전 중 11기가 해체됐다.

동독에서 가동된 5기의 Greifswald 원전은 가동 정지되고 즉시 해체됐다. KWL과 Hamm-Uentrop에 있는 THTR-300은 Safa Enclosure(SE)상태로 있으며 다른 14개의 원자력발전소는 녹색지대로 환원시키기 위해 해체가 진행 중에 있다.

독일은 즉시 해체 및 지연해체 등 두가지 해체 전략을 채택하고 있다. 단계적 폐쇄의 상세한 일정 등은 지난 2002년 4월 배포된 원자력법령 수정안에 잘 나타나 있다.

각 원자로의 가동가능연수는 명목상의 가동기간을 32년으로 가정해 계산되는 잔류 전력량으로 결정되며 원전간 잔여 전력생산량의 전환이 가능하기 때문에 약 20년 동안 원자력발전소는 점차 폐쇄철거될 전망이다.

독일 정부의 정책은 일반적인 녹색지대로 환원 하기 위해 즉시해체를 선호한다.

이 같은 정책 방향은 사회적 현상과 비용 등을 고려해 현재 자신들이 보유한 경험과 기술들을 사용하는 발전사업자의 추진 방향과 일치한다.

특히 독일은 일본 후쿠시마 원전사고 이후 지난 2011년 8개 상업용 원전을 영구 정지시켰으며 이후 약 15년에 걸쳐 대부분 해체될 전망이다.


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