원자력 발전, 우주로 도약 준비

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)