20세기 후반, 원자력 산업은 단기간에 비약적인 발전을 이루었지만, 체르노빌 원자력 발전소나 후쿠시마 제1원자력 발전소의 사고에 대한 여론의 영향으로 그 발전에 감속 경향이 보였다. 그러나 2020년이 되면서 원자력은 다시 주목을 받게 되었다. 화석연료의 감소와 특히 기후변화 대책이 시급함에 따라 탈탄소 에너지의 전력 수요가 높아져 원자력은 그 큰 요구에 부응할 수 있는 기술 중 하나임이 분명하다.

각국 정부는 기존의 대형 제3세대 원자로나 제3세대 플러스(가압수형 원자로나 비등수형 원자로, 900~1,600MWe)와 보다 소형의 제3세대 플러스나 제4세대 원자로(SMR/AMR)의 양쪽 모두를 로드맵에 포함시키고 있다.

소형모듈원자로(SMR: Small Modular Reactor)는 1,000MW 이상의 기존 원자로와 비교하여 출력이 작은 350MW 이하의 원자로를 가리킨다. 영국에서는 액체금속냉각 원자로, 용융염 원자로, 고온가스로는 모두 크기에 관계없이 차세대 모듈원자로로 분류된다. 300MW 이하로 정의되는 경우도 있다.

탈탄소화를 위해 원자력이 주목을 받고 있으며 COP28에서는 '원자력 3배화 선언'이 이루어졌다. 2023년 유엔 기후변화협약 제28차 당사국총회(COP28)에서 원자력 발전 설비용량을 2050년까지 2020년 대비 3배화를 목표로 하는 선언이 이루어졌다. 2024년 11월 시점에서는 31개국이 서명했다.

각국에서 기존의 대형 원자로에 더해 안전성과 설치장소의 확대, 모듈화에 의한 건설비용 절감의 관점에서 SMR의 개발이 가속화되고 있다. 유럽에서 2024년 9월에 공표된 드라기 리포트 ‘The future of European competitiveness’에서는 중기적으로 SMR을 포함한 원자로의 서플라이 체인 구축의 필요성이 기술되어 있다.

SMR의 주요 개발 분야는 SMR이 기술적ㆍ자금적으로 경쟁력이 뛰어나 탈탄소 에너지의 니즈가 높은 분야이지만, 각각의 시장 니즈에 SMR의 기술적 특성을 맞추는 데 결정 요인이 되는 것은 원자로의 출력과 온도이다. 즉 가압수형 원자로와 같이 기술적으로는 성숙해도 온도가 300℃ 정도인 것은 전력망이나 열 공급망에 대응할 수 있고, 보다 고온의 원자로나 800℃의 고온가스로(HTGR)는 금속공업이나 화학 산업의 요구에 부응할 수 있다.

<그림> 개발 분야별 SMR 분포(2050년 시점)

자료 : EY Parthenon

다양한 기술의 성숙도를 고려하면, 2050년 시점의 SMR 주요 개발 영역은 전력망에 대한 공급(특히 석탄 화력발전 대신), 수소 제조(특히 석유화학 분야에서), 금속공업 분야 등이 될 것이라고 할 수 있다. 그 밖에, 잠재적으로 큰 발전이 기대되는 분야는 가정용의 열 공급, 시멘트 공장의 킬른(소성로), 해수의 담수화, 종이ㆍ섬유의 제조 공정, 데이터 센터로의 공급 등이다.

최근 세계적인 에너지 정세의 변화 속에서 원자력 발전에 대한 주목이 높아지고 있다. 국제원자력기구(IAEA)에 따르면, 2025년 8월 현재 세계 31개국이 원자력 발전소를 도입하고 있으며, 총 439기(약 396GW)의 원자로가 운전하고 있다(이 중 23기ㆍ약 20GW는 운전 중단 중).

국가별로 보면, 미국의 94기(약 97GW), 프랑스의 57기(약 63GW), 중국의 57기(약 55GW)의 3개국에서 세계 원자력 발전 설비 용량의 54%를 차지하고 있지만, 기설로의 대부분은 선진국에 집중되어 있다. 일본에서는, 33기(약 32 GW)의 원자로 중, 14기(약 13 GW)가 후쿠시마 제1원자력 발전소 사고 후에 책정된 신규제 기준의 적합 심사에 합격해, 영업 운전을 재개했다. 덧붙여 발전 전력량으로 보면, 원자력 발전은 세계의 발전 전력량의 약 10%를 충당하고 있다.

전 세계적으로 SMR 개발에 대한 관심이 높아지면서, 여러 국가들이 자국의 SMR 기술 개발에 투자하고 있다. 현재 세계적으로 약 90여종의 SMR이 개발 중이며, 이 중 경쟁력을 갖춘 약 5개 정도만이 최종적으로 생존할 것으로 예상된다.

<표> 각국의 소형모듈원자로(SMR) 주요 동향

자료 : DBJ Research

원자력 발전과 관련하여 지금까지 4세대 용광로와 SMR의 기술 개발이 오랫동안 진행되어 왔다. 특히 최근 SMR에 대한 주목이 높아지고 있어 각국에서 SMR의 개발ㆍ도입 검토가 진행되고 있다. SMR은 1기당 전기 출력이 300MW 이하라고 하는 작은 원자로를 가리킨다. 하나라도 여러 개라도 배치가 가능하기 때문에 에너지 수요나 송전망의 규모가 작은 지역이나 원격지에 도입할 수 있는 것, 공장에서 제조된 기기 등을 모듈화해 현지에서 설치하는 것에 의한 공기의 단축, 전력 이외에도 열 공급이나 수소 제조라고 하는 산업 분야에서의 이용을 포함한 다른 용도로의 이용 등이 기대되고 있다.

원자력 에너지의 새로운 전개로서 주목받는 SMR이지만, 시장의 경쟁 환경은 매우 어려워질 것이다. DOE에 의하면, 동일 설계의 원자로를 다수 건설하고 학습 효과를 활용해 비용을 절감하려면 적어도 5~10기가 수주될 필요가 있다고 여겨진다.

국제원자력기구(IAEA)의 원자력발전 도입 예측에 따르면, 성장이 기대되는 경우에서는 2050년까지 원자력발전 용량이 578GW 증가하고 그 중 SMR은 전체의 24%를 차지할 것으로 전망되고 있다. 2023년 말의 원자력 발전 가동 용량 372GW에 대해 2050년의 고위 케이스에서 950GW, 저위 케이스에서 514GW로 시산되고 있다. SMR의 비율에 대해서는 높은 비율로 24%, 낮은 비율로는 6%로 시산되고 있다. 이 예측을 바탕으로 1기당 350MW로 환산하면 약 390기의 SMR이 세계적으로 도입되는 계산이 된다.

세계 18개국에서 80개 타입의 SMR이 개발되고 있지만, NRC의 인허가 취득기간이 계획보다 장기화되어 개발 부담을 견딜 수 없고, 상세설계 시에 건설비용이 상승해 당초의 비용전망을 상회하며, 신규 도입기술에 의한 저비용화가 예상대로 진행되지 않는 등, 일부 개발 중 SMR은 시장경쟁력을 잃고 도태될 가능성이 높다. 11월에 SMR보다 소형 마이크로로를 계획하고 있던 미국의 Ultra Safe Nuclear Corporation이 파산 신청을 실시했다. 이 회사는 앵커 투자자 확보에 고심했던 것으로 드러났다.

2030년에 걸쳐 초기의 SMR이 건설되어 안전성ㆍ비용면의 비교가 이루어져 간다. 2030년대에 들어가면 용융염 원자로나 고온가스로의 상용원자로가 가동을 개시한다. 그 때, SMR 제조기업의 경쟁력 원천으로서 ①근본적인 안전성 확보와 ②저비용은 물론, ③확실성이 높은 비용 전망, ④고온의 열 공급과 그것을 살리는 노하우, ⑤원자력 발전소의 건설 경험을 가진 기업과의 파트너십(일시적 탈원전 움직임에 의해 제조 가능한 기업수가 감소), ⑥신뢰성이 높은 공급망 구축 등이 있다.

SMR에는 기술적, 경제적인 과제가 존재하지만 안정적인 전기ㆍ열 공급을 가능하게 하기 때문에 탈탄소 사회에서 중요한 선택지가 된다.

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