[신년 기획] 원전 해체 기술 확보 ‘총력’
[신년 기획] 원전 해체 기술 확보 ‘총력’
  • 김병욱 기자
  • 승인 2021.01.04
  • 댓글 1
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원전산업 블루오션, 해체 산업은
고방사능·상용 원전 시설 해체 기술 확보 필요
사업관리·제염·절단·폐기물처리 등 일부 기술 보유
한수원·KAERI, 상용화기술 등 96개 개발 추진
고리원전 전경.
고리원전 전경.

[투데이에너지 김병욱 기자] 현재 세계 원전산업 흐름의 큰 특징으로 후쿠시마 원전 사고 이후 위축된 원전 산업은 해체 산업에 대한 움직임이 활발해 지고 있다.
또한 실제 원전 해체분야에 숙련된 전문인력 부족에 대한 지적도 일각에선 제기되고 있다.
국내 원전 수는 세계 3위를 차지할 정도로 가동중인 원전은 많고 건설·계획중인 원전도 많은 가운데 실제 설계수명이 다 된 원전이 발생하는 시기도 멀지 않은 상황이다.
원전의 안정적인 해체를 위해선 인력과 장비, 해체과정에는 원전분해, 제염, 기기철거 등 여러 절차와 다양한 도구, 장비 등이 필요한 것이 사실이다.
이에 본지에서는 한국수력원자력을 통해 원전 해체 기술, 폐기물 관리 방향, 국내 기술현황 및 향후 계획에 대해 살펴본다. /편집자주

원전해체란

원전의 가동정지는 영구정지와 원전해체로 구분된다. 
한국수력원자력에 따르면 가동정지는 원자로 및 관계시설의 운영을 허가받은 자(발전용원자로 운영자 등)가 허가받은 시설의 운영을 영구적으로 정지하는 것을 의미하며 운영허가를 받은 자는 원자력안전법 제21조제2항에 따라 영구정지 운영변경허가를 규제기관에 신청해 승인을 받음으로써 원자로 및 관계시설을 영구정지하는 것이다.

원전해체는 원자력안전법 제2조제24항에 따라 시설운영을 영구적으로 정지한 후 해당시설과 부지를 철거하거나 방사성오염을 제거함으로써 법 적용대상에서 배제하기 위한 모든 활동을 의미한다. 

원전해체는 △방사선안전관리 △기계 △전기 △화학 △토목건축 등 여러 분야의 지식과 기술이 복합된 종합 엔지니어링·융합기술 사업분야라고 정의할 수 있다.

원전해체 방법은 2가지가 있는데 우선 즉시해체(Immediate Dis mantling)는 시설의 운전정지 및 사용후핵연료 냉각을 위한 안전관리 후 가능한 빠른 시간에 해체를 수행하는 것을 말한다.

독일, 프랑스 등 주요 원전운영 국가에서 정책적으로 즉시해체를 선호하고 있는데 이는 부지를 재사용할 수 있고 경제성 제고가 가능하며 경험인력 활용 측면에서 그렇다.

지연해체(Deferred Dismantling)는 원자로에서 사용후핵연료를 제거하고 방사성물질을 포함하는 설비 일부 또는 전부를 일정기간 동안 안전하게 저장하거나 유지(safe storage)한 후 해체를 진행하는 것으로 흑연감속로 방사화 흑연 문제, 해체비용 및 방사성폐기물 처분장 미비 등 각종 원인으로 일부 국가에서 지연해체를 선택하고 있다.

즉시해체는 15년 내외의 시간이 소요되며 기존 경험인력을 활용할 수 있고 해체일정 예측에 유리한 점을 가지고 있다. 또한 해체비용을 절감할 수 있고 빠른 부지재활용이 가능하지만 지연해체와 비교해 상대적으로 작업자 피폭 확률이 높고 추가차폐 및 원격 제어장비가 필요하다는 단점을 보유하고 있다.

지연해체는 60년 내외의 긴 시간이 투자되는 방법으로 붕괴에 의한 방사능과 방사성 폐기물이 감소한다는 특징이 있다. 특히 작업자 피폭이 저감되는 장점이 있지만 경험인력의 경력이 단절되고 유지 및 안전관리비용이 증가하며 부지재활용이 지연된다는 단점이 있다.

고리 1호기의 경우 2017년 6월18일이 1977년 6월19일 최초 임계에 도달해 30년간의 운영허가 및 10년간의 계속운전 허가가 종료되는 시점이어서 해체가 진행될 예정이다. 특히 정부의 원전해체산업 육성정책에 따라 단독 즉시해체를 수행하게 된다.

고리 1호기 해체는 영구정지 후 사용후핵연료 인출, 냉각 및 안전관리(5년 이상), 시설 및 구조물의 제염·해체(8년 이상), 부지복원(2년이상) 순서로 진행되며 약 15년 이상이 소요될 전망이다.

특히 고리 1호기 해체는 정부정책에 따라 그간 지속적인 원전 건설·운영을 통해 축적된 풍부한 사업관리 경험을 보유하고 있는 한국수력원자력이 해체사업을 총괄 관리하며 전문성이 필요한 엔지니어링, 제염·철거 및 부지복원분야는 공사 또는 용역을 통해 전문업체와 협업해 수행할 예정이다.

고리 호기 부지는 해체완료 후 부지복원 과정을 거쳐 향후 재이용될 예정이며 구체적인 활용계획은 추후 결정될 예정이다. 해체 부지의 재활용은 규제기준, 소요재원, 원전부지의 경제적 활용도, 지역의 요구 등을 종합적으로 감안해 결정된다.

한수원에 따르면 해체가 완료된 해외원전(21기)의 경우 녹지(11개), 발전소(5개), 주차장(1개), 상업용지(1개), 기타(3개) 등으로 부지를 활용하고 있다.

 

해체폐기물 관리방안

해체 과정에서 발생되는 폐기물이 발생하기도 한다. 원전해체 과정에서 발생되는 폐기물 유형은 콘크리트 조각, 소형 금속류, 대형기기, 케이블류, 잡고체 등이다.

방사성폐기물은 최종 처분을 기준으로 전체 폐기물량의 1~2%인 약 1만4,500드럼(200리터)으로 예상되며 대부분 저준위 이하의 소형 금속류이고 그 외 오염 대형기기 및 콘크리트 조각으로 구성돼 있다. 

방사성폐기물의 총량은 제염 및 감용 작업결과에 따라 변경될 것으로 예상된다.

원전해체과정에서 발생되는 방사성폐기물은 소량의 중준위 폐기물을 제외하면 대다수가 저준위 이하로 예상되며 분류된 방사성폐기물들은 유형별로 적절한 처리를 거쳐 포장된 상태로 중·저준위 방사성폐기물 처분시설로 운반해 처분된다. 이 과정에서 절단, 제염, 감용 등의 처리를 통해 방사성폐기물의 발생량을 최소화하게 된다.

원자로용기, 냉각재펌프 등 모든 방사성 오염설비는 오염물질 확산을 방지하고 처분에 적합한 형태로 만들기 위해 절단, 제염, 포장 등 처리를 한 후 저장 및 운반의 과정을 거쳐 중·저준위 방사성폐기물 처분시설에 처분된다. 

방사성 구조물 및 설비의 실제 해체작업은 원자력발전소의 영구정지 후 5년 이상의 안전관리기간 및 사용후핵연료 반출 후 진행된다. 발전소 정지 후에는 핵분열생성물 등 방사성물질의 추가 생성이 없고 기존 방사선도 감쇄돼 정상운전 상태에 비해 위험도가 매우 낮아진다.

한수원에 따르면 안전을 최우선으로 해 원전해체 계획을 수립하고 있으며 모든 방사성폐기물의 처리는 방사선관리구역 내부에서 진행된다. 처리과정에서 발생되는 분진, 액체폐기물 등 2차 폐기물도 안전하게 관리되며 모니터링을 통해 실시간 감시되므로 의도되지 않은 방사성 물질의 누출 위험은 없다.  

세계 원전해체시장 현황과 전망

지난해 9월 기준 기준 전세계 운영원전은 442기, 영구정지 원전은 189기이며 이 중 21기만 해체가 완료된 상황이다. 영구정지 된 원전의 대부분이 미국, 독일, 영국, 일본, 프랑스 등 초기 원전도입국 중심으로 분포돼 있다.

설계수명 만료원전 증가로 해체 시장규모는 2017~2030년 123조원에서 2031~2050년 204조원 수준으로, 2051년 이후에는 222조원 수준으로 커질 것으로 기대된다. 특히 2030년경부터 체코, 대만 등 후발 원전 도입국을 중심으로 원전해체시장이 확대될 전망이다.

초기 원전도입 국가 중심으로 미국의 에너지솔루션즈, 영국의 AMEC, 독일의 짐펠캄프, 프랑스의 오라노 등 10여개의 해체 종합기업과 다수의 전문특화 기업들이 활동 중이다. 대부분 원전 건설·정비, 폐기물 처리 등 기존 원자력 유관분야 경쟁력을 토대로 해체분야까지 사업범위를 확장한 케이스다.

단 사업경험 축적을 통해 검증된 기업 외에는 높은 진입장벽이 존재하고 있어 장기·대규모 자금 수반과 고정설계, 폐기물 관리, 원격로봇 등 첨단기술과 경험이 필요한 상황이다.
사업추진 방식은 국가별 특성에 따라 민간기업 주도형(美), 해체전담기관 주도형(英·西), 원전운영사 주도형(佛·獨·日)으로 구분된다.

원전해체 상용화기술 중요

원전해체 기술은 방사선 안전관리, 기계, 화학, 제어 등 여러 분야의 지식과 기술이 복합된 종합 엔지니어링·융합기술이다. 상용화된 일반산업분야 기술을 접목해 방사선환경 하에서 최적화된 융합기술로 보면 되며 고방사선 환경에서 원자로 및 내장품 절단을 위한 원격제어기술은 필수다. 

우리나라는 연구용 원자로 해체와 증기발생기 및 원자로헤드 교체, 중수로 압력관 교체 경험 등을 통해 △사업관리 △제염 △절단 △폐기물처리 △방사선안전관리 등의 일부 기술을 보유하고 있다

 

원전해체 기술개발 로드맵

후쿠시마 사고 및 고리 1호기 영구정지가 2015년 결정되면서 이후 원전해체의 필요성과 시급성이 증대됐다.

이번 로드맵은 고리 1호기의 안전하고 성공적인 해체와 국내 해체산업 육성 및 기술개발을 위한 기반 마련에 있으며 원전해체 필요기술 도출·수준평가 및 기술 확보 위한 전략적 로드맵을 수립하는 데 있다. 글로벌 해체시장 진출을 위한 단계적·전략적 해체기술 고도화 방향을 수립한 것이다.

이를 통해 기술개발로드맵 제시로 원전해체에 대한 국민 신뢰성 제고 및 해체관련 산업 육성 및 해체기술 자립도를 향상시킬 전망이다.

국내에서 확보해야 할 원전해체 기술은 해체역무별 상용화기술 58개와 핵심기반기술 38개 등 총 96개로 분류된다. 상용화기술 58개는 한수원, 기반기술 38개는 한국원자력연구원(KAERI)에서 개발을 추진한다.

국내개발의 경우 정부정책과 한수원 기술개발 로드맵 및 세부시행 계획에 따라 기술개발을 지속으로 추진하며 고리 1호기 해체일정과 해체공정 우선순위에 따라 체계적·효율적으로 기술개발을 추진한다. 지난 2019년 12월 기준 10개 기술을 확보했으며 2021년 12월까지 추가로 7개 기술 개발이 진행될 예정이다.  

해체 비용

우리나라는 원전해체비용을 1호기당 6,033억원으로 추정하고 있다.

IEA(국제에너지기구)는 지난 2001년 고리 원전 1호기의 해체비용을 1999년 기준 1조원/GW로 추정했다. 물가상승을 고려하면 더 커질 것으로 추정된다. 사용후 핵연료와 중저준위방사성폐기물 처리비용까지 고려하면 더 많을 것으로 예상된다.

일본의 예상 폐로 비용은 9,590억원/GW, 독일은 8,590억원/GW, 미국은 7,800억원/GW으로 예측되고 있다.

실제 폐로 비용은 이보다 더 많아질 가능성이 있다. 일본에서 사고 발생한 후쿠시마 원전의 폐로 비용은 265조원이다. 우리나라는 지난 1997년부터 3년간 진행한 트리가원자로 2호기(트리가마크Ⅲ) 폐로 경험을 가지고 있다. 

국내 원전들 수명완료 시기

고리원전 2호~4호기는 2023, 2024, 2035년에, 한빛 원전 1·2호기, 월성 2·3호기, 울진 1·2호기는 2025~2028년에 운영허가가 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 원전3·4호기의 APR1400 설계수명은 60년이다.

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

한수원은 고리 원전 1호기 제30차 계획예방정비에서 원자로 헤드 교체에 2,382억원을 투자했으며 2007년 1차 수명 10년 연장 후 정비 비용은 4,668억원이다. 월성 1호기 관련 비용은 2009년 약 6,000억원이 투자된 것으로 보인다.


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이성덕 2021-01-14 10:06:40
원전 건설과 해체 기술이 있어야지 원 해체가 대수냐?

해당 언어로 번역 중 입니다.