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소형모듈원자로(SMR) 현황

aiagentx 2025. 5. 31. 09:01
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1. SMR의 기술 개요 및 작동 원리

대형 원전 vs. 소형모듈원전: 소형모듈원자로(SMR)는 기존의 거대 원자력발전소와 달리 출력이 300MWe 이하로 작고, 모듈식으로 제작되는 원자로를 말합니다pwc.com. 대형 원전(보통 1000MWe 이상)은 모든 건설이 현장에서 이루어지지만, SMR은 주요 부품을 공장에서 표준화해 만든 후 현장에서 조립할 수 있어 공사 기간과 비용을 줄일 수 있습니다pwc.com. 이러한 모듈형 설계로 확장성이 높아 필요에 따라 여러 기기를 조합해 출력 증가도 가능합니다.

SMR의 기본 작동 원리는 기존 원자로와 마찬가지로 핵분열 반응을 이용해 열을 발생시키고, 그 열로 물을 끓여 증기를 만들어 터빈을 돌려 전기를 생산하는 것입니다. 다만 SMR은 일체형 설계 등을 도입하여 냉각재와 증기발생기 등이 하나의 용기 안에 포함되는 경우가 많습니다. 예를 들어 한국의 SMART 설계나 미국 NuScale 설계는 원자로와 증기발생기를 하나의 용기에 통합한 가압경수로 일체형 구조입니다. 이런 설계 덕분에 배관이 단순화되고 냉각제가 누출될 위험이 적으며, 안전성이 향상됩니다.

SMR는 **수동적 안전계통(피동안전)**을 통해 안전성을 크게 높였습니다. 만약 지진이나 정전 등의 비상 상황이 발생해도 중력과 자연대류 등에 의해 냉각수가 순환되어, 전력 없이도 자동으로 원자로를 냉각시킬 수 있습니다keei.re.kr. 이러한 피동냉각 기능 덕분에 후쿠시마 사고와 같은 최악의 상황을 방지할 수 있고, 격납용기를 지하에 설치하는 등으로 테러나 외부 충격에도 강한 설계를 채택하고 있습니다world-nuclear.orgworld-nuclear.org. 요컨대 작은 크기의 이점으로 표면적 대비 부피가 커서 열 제거가 수월하고, 대형 원전에 필요했던 복잡한 안전장치 상당수를 단순화할 수 있습니다world-nuclear.org.

또한 SMR은 다목적 활용이 가능하다는 장점이 있습니다. 전력 생산 외에도 발전소에서 나온 고온의 열로 수소를 생산하거나 공장 공정열을 공급할 수 있고, 지역난방이나 해수 담수화 등에도 활용될 수 있습니다keei.re.kr. 출력이 비교적 작고 최신 기술로 설계되어 가변출력 운전(load-following)이 용이하므로, 태양광·풍력같은 재생에너지의 간헐성 보완 전원으로도 활용하기 좋습니다keei.re.kr. 다시 말해 SMR은 재생에너지와 경쟁하기보다는 탄소중립 목표를 위해 서로 보완관계로 발전할 수 있는 에너지 솔루션으로 주목받고 있습니다keei.re.kr.

2. 전 세계 SMR 개발 현황 (국가별/주요 기업별 비교)

전 세계적으로 SMR 개발 경쟁이 활발하게 진행되고 있습니다. 현재 약 70여 개 기업이 다양한 형태의 SMR을 개발 중이며, 각국 정부도 정책적으로 지원에 나서고 있습니다pwc.com. 선도적인 SMR 노형들은 이미 표준설계 인증 등 인허가 절차를 상당 부분 완료했고, 2030년대 초반 상업 운전을 목표로 하고 있습니다pwc.com. 아래에서는 주요 국가와 기업의 SMR 개발 동향을 소개합니다:

  • 미국: 세계에서 SMR 개발이 가장 활발한 나라입니다. NuScale사의 일체형 경수로 SMR은 미 원자력규제위원회(NRC)로부터 최초로 설계인증을 받은 SMR로, 모듈당 77MWe 출력의 NuScale Power Module을 활용해 6~12개 모듈을 조합할 수 있습니다nucnet.org. NuScale은 2029년까지 미국 아이다호주에 최초 발전소를 가동할 계획이며nucnet.orgworld-nuclear.org, 두산에너빌리티와 삼성물산 등이 이 회사에 전략 투자하고 핵심 부품 공급에 참여하고 있습니다world-nuclear-news.orgworld-nuclear-news.org. 이외에도 **테라파워(TerraPower)**사는 345MWe급 나트리움(Natrium) 고속로를 개발하여 2028년 와이오밍주에 실증로 건설을 추진 중이고, **X-에너지(X-energy)**사는 80MWe급 Xe-100 고온가스로(HTGR)형 SMR을 개발해 미 정부 지원 하에 실증 준비 중입니다. 미국 에너지부(DOE)는 2020년부터 **선진원자로 실증 프로그램(ARDP)**을 통해 이들 민간기업의 SMR 실증에 대규모 예산을 지원하는 등 정책적 뒷받침을 하고 있습니다pwc.com.
  • 영국: 영국은 자체적인 SMR 개발과 도입에 적극적입니다. **롤스로이스(Rolls-Royce)**는 470MWe급의 비교적 대형인 SMR(일체형 경수로)을 개발 중이며, 영국 정부로부터 약 2억 파운드의 예산 지원을 받아 설계를 진행하고 있습니다en.wikipedia.org. Rolls-Royce SMR은 2024년까지 영국 규제기관의 일반설계심사(GDA)를 완료하고 2030년경 첫 호기를 가동한다는 목표를 세우고 있습니다world-nuclear-news.org. 영국 정부는 2023년 SMR 도입을 가속화하기 위해 국제 공모를 통해 2024년 초까지 유망한 SMR 2개 설계를 선정, 2029년까지 최종 투자결정에 이르는 로드맵을 발표하기도 했습니다pwc.com. 현재 Rolls-Royce 외에 미국의 홀텍(Holtec SMR-160), 뉴스케일, 와이얼디엑스(WyLD-X) 등의 설계가 영국 시장 진출을 타진하고 있습니다.
  • 중국: 중국은 SMR 실증에 앞서 있는 국가 중 하나입니다. **중국핵공사(CNNC)**는 125MWe급 경수로 SMR인 ACP100(링롱원) 실증 발전소를 하이난성 창장(昌江) 지역에 건설 중이며, 2021년 7월에 첫 콘크리트를 타설하여 약 58개월의 공사 기간을 거쳐 2026년 경 완공을 목표로 하고 있습니다world-energy.org. 한편 **화넝(Huaneng)**이 주도한 고온가스로 실증로 HTR-PM(석탄석 제거형 모듈식 고온가스로)은 세계 최초의 모듈식 4세대 원전으로 2021년 말에 두 개의 모듈이 그리드에 연결되었고, 2023년 12월에 상업 운전에 들어갔습니다world-nuclear-news.orgworld-nuclear-news.org. 이 실증로는 2×250MW<sub>t</sub> 원자로 모듈이 하나의 터빈을 구동해 약 210MWe를 생산하는 세계 첫 사례입니다. 중국은 이 외에도 해상 부유식 원자로, 소형 난방원자로 등 다양한 SMR 개발 프로그램을 진행하고 있어, 향후 내수와 수출 시장 모두에서 SMR 보유국으로 영향력을 키우고 있습니다world-nuclear.orgworld-nuclear.org.
  • 러시아: 러시아는 세계 최초로 SMR을 상업 운전한 나라입니다. 러시아 국영원자력기업 로사톰(Rosatom)은 2019년 북극해 연안에 2기×35MWe 출력의 소형 원자로를 탑재한 **부유식 원전(Akademik Lomonosov)**을 배치하여 세계 최초의 해상 SMR 전력을 공급하기 시작했습니다en.wikipedia.org. 또한 시베리아 동부 야쿠티야 지역에서는 2021년부터 RITM-200 경수로 계열(전기출력 55MWe)의 육상 SMR 발전소를 건설 중으로, 2028년 가동을 목표로 하고 있습니다en.wikipedia.org. 이와 별도로 러시아는 혁신적인 고속로 SMR 실증에도 나서고 있는데, BREST-OD-300이라는 300MWe급 납냉각 고속로를 오렌бург주 실험단지에 건설하고 있습니다en.wikipedia.org. 러시아는 자국의 풍부한 소형 원자로 운영 경험(북극 쇄빙선용 원자로 등)을 바탕으로, 개발도상국 등에 표준화된 소형원전 플랜트를 수출하는 전략도 추진하고 있습니다.
  • 캐나다: 캐나다는 **원자력 규제 당국(CNSC)**의 선제적 설계검토 제도를 통해 여러 SMR 설계를 심사 중이며, 특히 온타리오 주정부와 전력회사 OPG는 미국 GE히타치社의 BWRX-300(300MWe급 경수로 SMR)을 선정해 북미 최초의 상용 SMR 건설을 진행하고 있습니다. 2022년 이미 건설부지를 정지하고 사전 공사를 시작했으며, 2028년 운영을 목표로 2025년경부터 주요 장치 설치에 들어갈 예정입니다en.wikipedia.org. 또한 뉴브런즈윅 주에서는 ARC-100(100MWe 액체금속고속로)와 Moltex사의 서브리드(SSR-W, 용융염원자로) 등 차세대 SMR 실증을 위한 준비가 진행 중입니다. 캐나다 정부는 2030년대 초까지 SMR을 활용한 전력 생산뿐 아니라, 북부 지역 난방 공급과 산업열 활용 등을 위한 소형로 도입을 적극 지원하고 있습니다.
  • 기타 국가: 그 밖에도 많은 나라들이 SMR 개발 대열에 참여하고 있습니다. 프랑스는 EDF를 중심으로 170MWe급 Nuward 소형 경수로를 설계해 2030년대 중반 운전을 목표로 하고 있습니다. 일본은 차세대 고온가스로 및 소듐냉각로 기반 SMR 컨셉을 연구 중이며, 인도는 자국 개발 220MWe 중형 PHWR 기술을 활용한 BSMR-200 (200MWe)과 축소판인 55MWe급 소형 PHWR을 동시에 개발하고 2030년대에 첫 실증로 건설을 계획하고 있습니다world-nuclear-news.org. 아르헨티나는 27MWe 출력의 CAREM-25 일체형 경수로를 남미 최초로 건설 중이나, 재정 문제 등으로 공사가 지연되고 있습니다en.wikipedia.org. 이처럼 미국, 중국, 러시아 뿐 아니라 세계 각국의 기업과 정부가 SMR 원천기술을 확보하고 상용화를 선점하기 위해 경쟁적으로 뛰어들고 있습니다.

3. SMR 상용화 일정 및 실증로 건설 현황

SMR 상용화의 시간표는 전 세계적으로 2020년대 후반부터 2030년대 본격화될 것으로 전망됩니다oecd-nea.orgoecd-nea.org. 이미 첫 번째 SMR들이 실증 단계에 접어들어 일부는 운영을 시작했습니다. 러시아의 부유식 SMR 발전소(2019년 가동)와 중국의 고온가스로 HTR-PM 실증로(2021년 점화, 2023년 상업운전) 등이 그 예입니다. 앞으로 10년 내에 각국에서 여러 SMR 실증 노력이 결실을 볼 것으로 보이며, 이를 통해 2030년대에는 상용 SMR이 시장에 속속 등장할 전망입니다oecd-nea.org. 아래에는 SMR 관련 주요 이정표와 일정을 정리합니다:

  • 2019년: 러시아, 세계 최초로 부유식 원전 아카데믹 로모노소프 운영 개시 (70MWe, 추로먀 원자로 2기)en.wikipedia.org. 이를 통해 극지방 도시 전력과 난방 공급에 활용.
  • 2021년: 중국, HTR-PM 고온가스로 실증로를 산둥성에서 건설 완료하고 초도 호기 그리드 연결 성공world-nuclear-news.org. 同년 7월 중국 하이난에서 ACP100(SMR) 첫 콘크리트 타설로 건설 시작world-energy.org.
  • 2022년: 캐나다, 온타리오 다를링턴(Darlington) 부지에서 BWRX-300 SMR 발전소 건설 승인 및 착공 준비. 미국, NuScale SMR 부품의 제작 착수(두산Ener. 등) 및 사이트 준비 진행.
  • 2023년: 중국 HTR-PM 실증플랜트 2기 상업 운전 돌입 – 세계 최초의 4세대 원자로 상용화 사례 달성world-nuclear-news.org. 미국 NuScale SMR 설계 출력 uprate(50→77MWe) NRC 설계승인 획득nucnet.org.
  • 2024년: 영국, 정부 주도로 SMR 설계 경쟁을 통해 도입 기술 선정 예정pwc.com. 캐나다, 다를링턴 SMR 본격적인 건설 공사 시작(기초 공사 등 진행 중).
  • 2025년: 미국, Idaho CFPP 사업(UAMPS-NuScale)에서 NuScale 모듈 건설 허가 착수 예상. 중국, Linglong One(ACP100) SMR 주요 기기 설치 완료 단계world-energy.org.
  • 2026년: 중국 하이난 ACP100 실증로 완공 및 가동 목표 (58개월 공사 일정)world-energy.org. 러시아 BREST-OD-300 납냉각로 실증 플랜트 완공 예정. 캐나다 BWRX-300 SMR 건설 완공 및 시험 운영 돌입 (상업운전은 2027~28년 예상).
  • 2027년: 미국 에너지부 지원 하의 나트리움(Natrium) 실증로(와이오밍) 및 Xe-100 실증로(워싱턴주) 건설 완료 및 초기 가동 목표. (※연료 조달 이슈 등으로 일정이 다소 지연될 가능성 있음).
  • 2028년: 한국 혁신형 SMR 설계 인가 목표 연도pwc.com. 온타리오 BWRX-300 SMR 상업 운전 시작 (북미 첫 SMR 상용전력). 러시아 야쿠티야 RITM-200 SMR 소형원전 준공 및 가동(~55MWe 규모). 미국 NuScale 첫 모듈 운전 개시(Idaho, 6기 중 1기) 예상.
  • 2029년: 미국 Idaho NuScale SMR 발전소 첫 모듈 상업운전 목표world-nuclear.org (6×77MWe = 총 462MWe 규모). 영국 Rolls-Royce SMR 건설 착수 및 2030년대 초 운전 목표. 폴란드 등 동유럽 국가들 SMR 첫 호기 착공(미국 기술 도입)을 목표로 준비.
  • 2030년: 영국 Rolls-Royce SMR 1호기 그리드 연결 및 전력 생산 개시 예상world-nuclear-news.org. 미국 NuScale Idaho 플랜트 6개 모듈 전체 가동 및 추가 프로젝트 추진.
  • 2033년: 인도에서 자체 개발한 PHWR형 55MWe SMR 2기 완공 예정world-nuclear-news.org. 인도는 이 소형 PHWR를 산업단지 전력 공급과 석탄발전 대체 용도로 활용 계획.
  • 2035년: 한국 전력계획상 국내 SMR 최초 도입 목표 시점(0.7GW 규모)pwc.com. 또한 전 세계적으로 수십 기의 SMR이 운전 중이거나 건설에 착수하여 SMR 상용화가 본격화될 전망입니다.

이러한 일정들을 살펴보면, 첫 실증로들은 이미 가동 또는 막바지 건설 단계에 있으며, 2020년대 후반부터 2030년대 초에 걸쳐 각국의 초기 상용 SMR이 속속 등장할 것입니다. 국제에너지기구(IEA)와 OECD/NEA 등은 2050년 탄소중립 시나리오에서 SMR이 총 300~400GWe 이상을 담당할 것으로 내다보고 있어pwc.compwc.com, 향후 10~20년은 SMR이 연구개발 단계에서 상용 에너지원으로 도약하는 결정적 시기가 될 것으로 보입니다.

4. 한국의 SMR 개발 현황과 전략

한국 역시 소형모듈원자로 기술 개발에 적극 나서고 있으며, 국가 차원의 전략을 수립해 추진 중입니다. 한국은 1990년대 말부터 일찍이 SMART(System-integrated Modular Advanced Reactor)라는 100MWe급 일체형 소형 원전을 개발해왔고, 2012년 국내 표준설계인가를 받았으나 상용 건설에는 이르지 못했습니다. 현재는 SMART 개발 경험을 바탕으로 안전성, 경제성을 대폭 향상시킨 **“혁신형 SMR” (i-SMR)**을 새로이 설계하고 있습니다keei.re.kr. 한국수력원자력(KHNP)과 한국원자력연구원(KAERI) 등을 중심으로 2021년부터 자체 예산으로 i-SMR 기본설계 작업을 시작했으며keei.re.kr, 정부 주도의 R&D 사업도 예비타당성 조사를 거쳐 본격화되었습니다. 목표는 2028년까지 표준설계 인증 획득을 완료하고 이후 실증로 건설로 나아가는 것입니다pwc.com. 혁신형 SMR은 출력 약 170~200MWe급 경수로로 알려져 있으며, 피동안전계통, 모듈 공장제작 등 다양한 혁신기술을 적용하여 경제성도 대형원전과 경쟁할 수 있도록 설계하고 있습니다keei.re.krkeei.re.kr.

정부 정책 및 전략: 대한민국 정부는 2022년 “SMR 선도국 도약 전략”을 발표하면서, 투트랙(two-track) 추진전략을 채택했습니다pwc.com. 첫 번째 트랙은 한국형 SMR 기술 개발로, 앞서 언급한 혁신형 i-SMR을 차질 없이 완성하고 실증 및 상용화를 이끄는 것입니다. 이를 위해 민간 주도의 개발을 지원하기 위해 가칭 **“i-SMR 홀딩스”**라는 기술지주회사를 설립하여 산학연 컨소시엄이 참여하도록 할 계획입니다pwc.com. 두 번째 트랙은 해외 선도 SMR 노형의 활용입니다. 세계 시장에서 경쟁력 있는 외국 SMR에 국내 기업들이 투자하거나 파트너로 참여하도록 장려하여, 향후 국내 도입하거나 해외 수출사업에 공동 진출하는 방안을 모색하고 있습니다pwc.com. 예컨대 두산에너빌리티는 미국 NuScale Power에 지분 투자와 함께 핵심 모듈 제작을 맡고 있고world-nuclear-news.org, 삼성물산과 GS에너지도 NuScale 지분 참여를 통해 플랜트 건설·운영 노하우를 확보하고 있습니다world-nuclear-news.org. SK그룹은 2022년 빌 게이츠가 설립한 TerraPower사에 2억5천만 달러(약 3천억 원)를 투자하여 차세대 고속로 나트리움 사업에 파트너로 참여하고 있습니다world-nuclear-news.org. 이 밖에도 현대건설은 미국 홀텍의 SMR-160 개발 협력, 한전은 캐나다 X-energy와 MOU 체결 등 다각도의 국제 협력이 이루어지고 있습니다world-nuclear.org. 이러한 민간기업의 해외협력은 국내 원전 산업생태계에 기술학습 효과를 주고, 향후 한국형 SMR의 수출 판로 개척에도 기여할 것으로 기대됩니다.

국내 도입 및 향후 계획: 정부는 SMR을 차세대 수출산업 및 미래 에너지원으로 육성할 계획입니다. 2023년 수립된 제10차 전력수급기본계획에 따르면 2030년대 중반 이후 국내 전력망에 SMR 0.7GW 규모를 도입하는 목표가 반영되었습니다pwc.com. 이를 위해 2030년대 초반 혁신형 SMR의 국내 실증 플랜트 건설 부지를 선정하고 인허가 과정을 거칠 전망입니다. 또한 기후기술로서 SMR의 중요성이 대두됨에 따라, 원전 수출 전략에서도 APR 대형원전과 더불어 SMR을 패키지로 제안하는 등 외교 역량도 집중하고 있습니다. 2022년 한·사우디 정상회담 계기에 SMART 수출 협력이 재논의되고, 폴란드·체코 등에도 한국 SMR 진출 가능성이 타진되는 등 국제적 관심이 높습니다.

마지막으로, 공공과 민간 역할 분담도 명확히 하고 있습니다. 개발 초기에는 정부가 연구개발(R&D) 투자와 안전규제 정비 등을 주도하고, 민간은 해외 투자 및 시제품 제작 등에 참여하는 형태로 진행됩니다pwc.com. 점차 시장이 형성되면 민간 전력회사와 기업들이 SMR 사업을 주도하고, 정부는 차세대 원자로 기술개발과 안전감독에 집중하는 방향입니다pwc.com. 이러한 전략 아래 한국은 기술 경쟁력 확보와 글로벌 파트너십을 통해, 2030년대에 다가올 SMR 대중화 시대에 대비하고 원전 산업의 새로운 성장동력을 창출하는 것을 목표로 하고 있습니다.

참고자료: 세계원자력협회(WNA), OECD/NEA SMR Dashboard, World Nuclear News, 삼일PwC SMR 가이드북pwc.compwc.comnucnet.org 등.

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