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News/기술-산업-정책

원자력 발전, 우주로 도약 준비

by 대학생신재생에너지기자단 R.E.F. 14기 김준호 2021. 3. 29.

원자력 발전, 우주로 도약 준비

대학생신재생에너지기자단 14기 김준호

 

 한국의 원전

 2020년 12월 28일 산업통상자원부에서는 제9차 전력 수급기본계획(2020년~2034년)을 수립하였다. 자료 1처럼 우리나라는 2034년까지 원자력 설비 비중을 10.1%까지 감소시키는 것을 전망하고 있다. 현재 우리나라에서는 22기의 원자력 발전소가 가동 중이고, 4기가 신규로 건설 중이다. 제9차 전력 수급기본계획에서는 노후원전은 수명을 연장하지 않으며, 추가적인 원전을 건설하지 않고, 점진적으로 감축할 것이라고 밝혔다. 하지만 다른 국가에서는 다양한 기술발전을 위해 에너지의 토대가 되는 원자력 발전에 불을 붙이고 있다.

[자료 1. 제9차 전력수급기본계획, 발전 설비 용량 비중]

출처 : 산업통상자원부

 우주에서 원자력 발전?

 전 세계적으로 우주를 향해 나아가려는 열풍이 불고 있다. 각 나라들에서 달과 화성에 사람이 직접 착륙하여 탐사 및 거주를 진행하는 계획을 하고 있다. 하지만 각 나라들이 우려하고 있는 부분은 장기간 동안의 에너지 발전 문제이다. 특히 달에서는 낮과 밤이 각각 14일 동안 지속되고, 화성에서는 모래폭풍으로 인해 태양전지로 전기 공급을 원활하게 할 수 없는 상황이다. 이런 상황에서 미국에서는 원자력으로 전기를 효과적으로 얻을 수 있는 '킬로파워'라는 초소형 원자로를 개발하고 있다.  이 초소형 원자로는 적은 양의 연료를 공급하면 킬로와트(kW) 급의 전기를 출력한다고 하여 이름이 붙여졌다. 이 킬로파워는 가볍기 때문에 로켓에 실을 수 있으며, 소량의 우라늄으로 10년간 전기를 발전할 수 있다. 그래서 우주기지에서 4~6명의 사람들이 킬로파워 4기를 통해서 충분히 생활하고, 탐사를 할 수 있다.

[자료 2. 킬로파워 모형]

출처 : NASA

 이 킬로파워의 작동원리는 기존 원자로의 터빈을 돌리는 방식과 다르게 스털링 엔진을 이용한다. 그리고 열전달 장치인 '히트 파이프'를 이용하여, 원자로 노심에서 발생한 열이 스털링 엔진으로 효율적으로 전달되도록 한다. 이런 단순한 구조 덕분에 소형화가 가능했고,  효율적으로 전력 생산이 가능하다.

[자료 3. 스털링 엔진 구조, 빨강(고온, 가열) → 파랑(저온, 냉각)]

출처 : 위키백과

 이 킬로파워의 안전성을 담당하는 부분은 히트 파이프이다. 가장 우려되는 부분은 수송 중 및 발전 도중 폭발이다. 하지만 관련 연구진들은 기존 원자로에서는 증기 폭발을 일으키는 물을 냉각제로 쓰지만, 이 킬로파워는 물을 이용하지 않고 히트 파이프에 고체 나트륨을 사용하기 때문에 안전성을 보장할 수 있다고 말했다.

 

 초소형 원자로의 기대 및 전망

 아직 킬로파워가 우주에 상용화되기 까지는 많은 과정이 남아있다. 하지만 이런 과정을 과정을 거쳐, 상용화가 시작된다면 우주뿐만 아니라 지구 각지에서도 많이 사용될 것이다. 서울대학교 조형규 교수님에 따르면, 킬로와트는 재생에너지의 불안정한 발전량을 보완할 수 있고 오지와 산간지역 그리고 해양 등 에너지 발전이 열악한 환경에서도 전기를 발전할 수 있다고 한다. 하지만 킬로파워는 고농축 우라늄을 사용하기 때문에, 핵폭탄과 관련된 우려의 목소리가 들려오고 있다. 이 부분은 어떻게 대처할지 주목할 필요가 있다.

 

 


참고문헌

1) 산업통상자원부, 제9차 전력수급기본계획(2020~2034) 확정‧공고, 2020.12.28, www.motie.go.kr/motie/ne/presse/press2/bbs/bbsView.do?bbs_seq_n=163670&bbs_cd_n=81

2) 산업통상자원부, 향후 15년간의 전력수급 '큰 그림' 확정!, 2020.12.30, www.motie.go.kr/motie/ne/motienewse/Motienews/bbs/bbsView.do?bbs_cd_n=2&bbs_seq_n=155117574

3) 이하늬, 원전 사고, 매년 15.7회 발생했다, 경향신문, 2021.03.07, news.khan.co.kr/kh_news/khan_art_view.html?artid=202103070814001&code=940100

4) 조형규, [조형규의 미래를 묻다] 원자력, 우주 개발의 새 시대를 열다, 중앙일보, 2020.12.05, news.joins.com/article/23885771

5) 심창섭, 달과 화성에 원자로 설치 가능할까?, 사이언스타임즈, 2020.09.08, www.sciencetimes.co.kr/news/%EB%8B%AC%EA%B3%BC-%ED%99%94%EC%84%B1%EC%97%90-%EC%9B%90%EC%9E%90%EB%A1%9C-%EC%84%A4%EC%B9%98-%EA%B0%80%EB%8A%A5%ED%95%A0%EA%B9%8C/

6) NASA, Demonstration Proves Nuclear Fission System Can Provide Space Exploration Power, 2018.05.02, www.nasa.gov/press-release/demonstration-proves-nuclear-fission-system-can-provide-space-exploration-power 

7) 스털링 기관, 위키백과, 2020.04.06, ko.wikipedia.org/wiki/%EC%8A%A4%ED%84%B8%EB%A7%81_%EA%B8%B0%EA%B4%80

8) 한국항공우주연구원, 네이버 블로그, "인공위성에도 스마트폰 열 잡는 히트파이프가?(히트파이프)", 2019.10.04, blog.naver.com/karipr/221667640030, (2021.03.07)

 

 

 

댓글6

  • 원자력 발전과 관련하여 우주 기술이 접목될 수 있다는 것은 상대적으로 많이 알려져 있지 않은 사실인 것 같습니다. 소형 원자로가 우주 기술에 효과적으로 활용된다면 발전 이외에도 원자력에 대한 수요가 높아져, 결국 원자력 기술의 발전을 요하는 새로운 시장의 개척으로 이어질 것으로 볼 수도 있을 것 같습니다. 탈원전을 반대하는 시각에서 원자력 발전 외에도 원전과 원전 기술이 필요한 또 다른 이유가 되기도 하는 것 같습니다. 좋은 기사 감사합니다!
    답글

  • 초소형 원자로가 개발 목적대로 효율적인 전기 출력이 가능하다면, 신재생 에너지의 낮은 효율 문제를 보완할 수 있는 해결책이 될 것 같아 기대됩니다. 다만 탈원전의 주된 이유가 안전상의 문제인데, 이를 우주에서 이용하다가 고장 나거나 폭발이 발생했을 때 이전 사고와는 비교도 할 수 없는 피해가 발생하지는 않을지 걱정되네요..! 우주에서의 원자력 발전은 새롭게 도전하는 분야이기 때문에 상용화에 앞서 더 여러 차례의 검증이 필요할 것 같습니다. 기사 잘 읽었습니다!
    답글

  • 예전에 우주에서 희토류 금속을 채굴한다는 기사를 작성하며 우주를 무한대로 이용할 수도 있겠다고 생각이 들었습니다!
    우주에서 원자력 발전까지 가능하다면 정말 무한히 주는 우주라는 말이 거짓이 아니게 되겠네요.
    다만 소형 원자로가 걱정되는 점은 결국 원전을 끊지못하고 우주로까지 끌고 간다는 언론의 인식과 안정성 문제입니다.
    소형 원자로의 관리나 폐기같은 문제점은 현재 해결 방안이 계획되고있는게 있나요?
    답글

    • 안녕하세요! 글에 많은 관심을 가져주셔서 감사합니다!

      지구에서 소형 원자로의 관리와 폐기 관련 문제는, 현재 원자력 발전소와 관련해서 아직 많은 관문이 남았다고 생각합니다. 하지만 우주에서 관리와 폐기 관련 문제는 아직 객관적인 자료가 없어서 제 생각을 약간 섞어봤습니다.

      우주에서는 관리와 폐기가 용이할 것 같다는 생각이 듭니다. 킬로파워의 목표는 우주에서 사람들이 거주할 수 있도록 도와주는 발전기입니다. 그런데 사람이 거주하려면, 우주 방사선을 극복한다는 것을 전제로 생각합니다. 우주 방사선은 10^10~10^20전자볼트로 측정된다고 합니다. 그런데 우라늄이 분열할 때는 2억 전자볼트의 에너지가 나오기 때문에, 우주에서는 지구보다 용이하게 관리나 폐기할 수 있겠다라는 것이 제 생각입니다.

  • 원자력에 평소 관심이 많았기에 본 기사를 정말 흥미롭게 읽었습니다. 원자력을 소재로 다룬 것 자체도 좋았지만 특히 우주에서 사용하고자 개발 중이라니 상당히 참신한 내용이었다고 느낍니다. 원자력의 위험성은 크나 큰 단점이 맞지만 그 효율성과 수급의 안정성은 다른 그 어떤 발전 시스템보다도 월등한 위치이며 특히 우리나라는 원자력 관련 기술에 있어 높은 수준을 자랑하는데 점차적으로 줄이기만 하고 있어 아쉬움이 많았습니다. 그런데 우주에서의 이용이라니 상당히 획기적이네요!

    또 터빈이 아닌 스털링 엔진의 사용으로 초소형 크기로 만들 수 있게 되고, 물 대신 고체 나트륨을 사용해 증기 폭발을 방지시킨 점도 인상적이었습니다. 작은 크기와 폭발에서의 안전을 잡을 수 있다면 왜 기존에 국내 발전에선 사용이 안된건지도 궁금하네요. 발전의 규모가 너무 작아서 그런걸까요?

    우주를 대상으로 개발되는 기술이지만 점차 그 안전성이 더 보완되고 검증되어서 기사의 마지막 문단에 쓰셨듯 오지와 산간, 해양에서도 사용될 수 있었으면 합니다. 전력발전 및 송배전의 설치가 어려운 국가들과 지역들이 아직까지도 많은데 이에 도움을 줄 수 있기를 소망하게 되네요!

    김준호님 좋은 기사 작성해주셔서 감사드리며 고생많으셨습니다. :)
    답글

    • 안녕하세요! 글에 많은 관심을 가져주셔서 감사합니다! 작은 크기와 안전을 잡을 수 있는 기술이 있는데, 왜 사용을 하지 않는지 질문을 주셨는데요, 객관적인 자료가 나오지 않아서, 제 생각을 약간 가미해서 답변드립니다!

      1. 안전성 문제입니다. 아직 히트파이프 같은 경우, 실험에서 성공적이라고 했지만, 아직 많은 과정이 남았다고 합니다. 아마 상용화를 할 때까지는 안전성이 입증되지 않았을 것이라는 것이 제 생각입니다. 또 많은 방식 중 경수로 발전 방식이 그나마 안전성이 뛰어나서 쓸 것 같다는 생각이 듭니다.

      2. 경제성입니다. 전 세계적으로 원자력 발전에 불을 붙일 때, 발전 방식을 경수로 방식을 택했습니다. 많은 발전 방식 중 이점이 많았기 때문입니다. 1) 설계안이 존재했고, 2) 실제로 작동했으며 3) 많은 비용을 아낄 수 있다고 합니다.