한국의 원전 기술과 수출의 현황 - 원전 수출 적신호?

한국의 원전 기술과 수출의 현황 - 원전 수출 적신호?

대학생신재생에너지기자단 18기 이시은

 

 2021년 원전 수출 자문위원회가 출범하여 본격적인 활동에 들어갔다고 한다. 문재인 정부의 탈원전 정책으로 인해 국내의 원자력 발전 업계의 규모가 줄고 있는 만큼, 이를 상쇄하기 위해 원전 수출을 독려하는 추세로 볼 수 있겠다. 원전 관련 중소기업들의 해외 진출을 돕기 위해 ‘원전 수출 정보지원시스템’ 사이트도 개설하고, 국내 원전 산업계를 위해 ‘원자력산업 생태계 지원사업’을 추진한다. 탈원전을 추진하면서 원전 수출을 독려하는 다소 상반된 태도로 인해 국내 탈원전도, 해외 원전 수출도 계획대로 흘러가지는 않고 있는 것으로 보인다. 이러한 시점에서 한국의 원자력 관련 수출 현황을 알아보고, 이에 대한 평가와 정책 제언을 해보고자 한다.

 탈원전은 아예 새로운 기조는 아니다. 2011년 후쿠시마 원전 사고 이후부터 탈원전이 논의됐고, 현재 문재인 정부가 들어서면서 탈원전이 활발히 논의되고, 정책으로서 실행되기 시작했다. 정부의 탈원전 정책은 2060년까지 원전 제로 달성을 위해 원자력 발전 비중을 낮추려 한다. 원전 설계 수명이 보통 60년임을 고려하면 수명이 다 채워진 원전에 대한 신규 원전을 더는 건설하지 않겠다는 계획인 셈이다.

 전 세계 원전 동향을 보자면, 2021년 1월 기준 전 세계 38개국에서 444기의 원자로가 현재 운영 중이며 가동이 중지된 원전은 191기이다. 북미 지역이 113기로 최다 원전을 보유하고 있으며, 동아시아는 111기로, 이 중 중국이 50기로 반 정도를 차지하며, 일본 33기, 남한 24기로 한･중･일 3개국이 111기 중 107기를 보유하고 있다. 전반적으로 전 세계의 원전은 대부분 노후화가 진행되고 있으며, 중국을 중심으로 신규 원전이 증가하는 추세이다. 기존 운영국 38개국 중 원전을 유지･확대하려는 국가는 26개국이며, 축소･폐지국은 독일, 스위스, 대만, 벨기에, 한국 5개국이다.

 

[자료 1. Operational & Long-Term Shutdown Reactors]

출처 : IAEA PRIS

한국의 원자력 수출 현황

 한국의 원전 수출 현황은 현대건설, 대우건설, 두산 중공업, 한국수력원자력 (이하 한수원), 한국전력공사 (이하 한전), 한전KPS, 한국원자력연구원 등을 중심으로 이루어지고 있으며, 한국의 에너지 산업 구조 특성상 공기업의 비중이 작지 않은 편이다. 먼저, 현대건설은 1971 국내 최초 고리 원전 1호기를 시작으로 국내 원자력발전소 24기 중 14기를 건설했으며, UAE 원전 4기(바라카 원자력발전소), 신한울 1, 2호기, 신고리 4호기 등 APR1400 7기를 건설하고 있다. 대우건설은 월성원전 3, 4호기 건설 사업에 참여하였고 신월성 1, 2호기를 건설했다. 중국 진산원전, 대만 용문원전을 건설했으며 월성 준 저준위 방사성폐기물 처리시설, 한빛 원자력발전소 3호기 증기 발생기 교체 등을 도맡아 했다. 두산 중공업의 경우 기초 소재인 주단조에서부터 발전설비, 해수 담수화 및 운반 설비 등을 제작하며, 국내･외 공급 보일러, 원자로, 터빈, 발전기의 원천 기술과 실적을 보유하고 있다. 특히, 미국 내에서 출력 증강 및 수명 연장 사업 등 설비 교체공사의 입찰에 적극적으로 참여하여 교체용 증기발생기 및 원자로 헤드를 지속해서 수주하고 있다. 중국에서도 원자로와 증기발생기 등 핵심 기자재 제작 및 공급하고 있으며, UAE 원전의 원자로 설비 와 터빈･증기 발생기 등 주요 기기 공급 계약을 체결하여 제작하였다. 한수원은 해외 플랜트 사업을 추진하며, OPR1000, APR1400, APR+ 등의 원전 기술을 개발하였고, 체코로의 원전 수출 가능성이 크게 평가되었으나 현재는 체코 내 정치적 문제로 인해 입찰안내서 발급이 연기되어 진행 과정에 정체된 상황이다. 이 밖에 UAE 원전 사업에 참여했으며, 캐나다, 아르헨티나 등과 MOU를 체결하고, 용역 수출 또한 활발히 진행하고 있다. 한전은 One-KEPCO 팀을 주도적으로 구성하며 UAE 원전 수주를 진행하였고, 한전 단일 주계약자 사업 구도를 통해 바라카 원전을 준공하여 금올해 상업 운전 시작을 앞두고 있으며, 3월 초 바라카 원전 2호기 가동을 위한 연료 장전을 시작했다. 이외에 한전 KPS와 한국원자력연구원은 다양한 국가와의 컨소시엄을 체결해왔다. 정리하자면, 원전 수출을 위해 다양한 활동들이 이루어지고 있으며, 여러 국가와의 협정을 맺고 기기 및 기술 수출을 지속해서 하고 있으나, 대부분은 EPC에 치중되어 있고, 사실은 실질적인 구속력을 갖고 있지 않은 MOU 체결만이 대다수를 차지하고 있으며 독자 수출 실적이 좋지 않다고 볼 수 있다.

 한국이 수출하는 원전 기술은 크게 OPR1000, APR1400, APR+ 세 가지로 볼 수 있으며, 이는 모두 경수로형 원전이다. 한국의 기술을 소개하기 이전에, 전반적인 원전 기술은 경수로형과 중수로형으로 나뉜다. 원자력 발전은 핵분열을 이용하는 기술인데, 핵분열 시 나오는 중성자를 우라늄이 잡는 식이며, 이때 우라늄이 중성자를 잘 잡아야 연쇄반응이 잘 일어나며 유지 또한 잘 된다. 하지만 핵분열 시 중성자는 매우 고속으로 나오기 때문에 이 속도를 감속시킬 재료가 필요하고, 물이 이에 좋은 재료가 된다. 즉, 원자력 발전에 물이 필요한 이유는 물이 원자로 내의 냉각재와 감속재의 역할을 하기 때문이고, 이 때문에 원전은 물을 끊임없이 공급받을 수 있는 해안에 위치하는 경우가 많다. 이때, 물을 경수를 사용할지 중수를 사용할지에 따라 경수로형, 중수로형 원전이 되는 것이다. 중수는 물 분자 H2O의 수소 원자가 일반 수소 원자보다 중성자를 하나 더 가진 무거운 형태이다. 일반 물 분자보다 무거우므로 약 101.5도에서 끓고, 약 3.8도에서 얼며, 점성도가 높은 특성이 있다. 중수는 전기 분해를 통해 생산을 하기 때문에, 가격이 비싸다는 단점이 있으나, 일반 물과 비교해 중성자를 덜 소모한다는 장점이 있다. 감속･냉각재로 사용되는 물이 중성자를 소모하면 그만큼 더 많은 중성자가 나와야 하는데 중수는 중성자를 덜 소모하기 때문에 효율적이고, 따라서 U235의 비율이 낮아 중성자가 상대적으로 조금 나와도 핵분열 및 연쇄반응이 잘 유지될 수 있어 농축 우라늄을 사용하지 않아도 된다. 이에 반해 경수, 즉 일반 물은 중수와 달리 중성자를 더 소모하기 때문에 핵연료에서 중성자가 많이 나와야 하고, 따라서 U235의 비율을 최소 2% 이상으로 농축시킨 우라늄을 사용해야 한다. (중수 사용 시에는 0.7% 정도의 자연 상태 우라늄을 사용하고, 핵무기에 사용하려 할 때는 우라늄을 약 90% 정도로 농축시킨다고 한다.)

[자료 2. 가압경수형과 비등경수로형 비교]

출처 : 한국원자력협회

 이에 있어, 전 세계 원전의 약 60~70%가 가압경수로형으로, 가압수형은 냉각수가 원자로와 직접적으로 접촉하지 않는 형태이다. 가압형 원자로는 터빈을 돌리는 증기를 만드는 방식이 일종의 중탕 개념으로 이루어지는데, 이때 방사능에 오염되고 뜨거워진 냉각수와 터빈을 돌리는 발전용 증기를 만드는 물이 서로 달라 접촉하지 않으며, 이 뜨거워진 냉각수가 중탕을 할 수 있게 하도록 섭씨 300도가 넘어도 끓지 않도록 압력을 가한다. 비등수형은 냉각수를 원자로에 직접 접촉하여 증기를 만들고 이를 통해 터빈을 돌리기 때문에 방사능 오염수 유출 문제에 있어 가압수형이 더 안전하다고 볼 수 있다. 대신 가압수형의 경우는 구조가 더 복잡하므로 원자로를 둘러싼 격납고의 크기가 매우 크다. 이런 여러 구조 중, 한국이 채택하여 발전시키는 모형은 가압경수로형인데, 가장 처음 발전시킨 모델은 OPR1000이다. OPR1000은 가압경수로 노형으로, 1,000MW 용량이며 한울 5, 6호기, 한빛 5, 6호기 등에 쓰였고, 개선형 OPR1000은 신고리와 신월성 1, 2호기에 적용되었으며 북한 경수로 사업의 노형으로 채택되기도 했다. 한국의 주력 노형은 APR1400으로, OPR1000을 개량시킨 노형인데, 10년에 걸쳐 한수원, 한전기술, 두산 중공업 등 산·학·연의 연인원 2,300여 명이 참가하여 수행된 한국의 독자적인 기술이다. APR1400은 0.3g 내진 요건을 만족하도록 한 지진 대처 설계를 통해 높은 안정성을 확보했으며, 국내 원전의 총 8기에 적용이 되었다. 특히 한국 원전의 최초 수출 모델로서 UAE BNPP에도 적용되었다. APR1400은 유럽 사업자협회로부터 APR1400의 유럽 수출형인 EU-APR 표준설계의 유럽사업자요건(European Utility Requirements:EUR)을 인증받기도 했고, 2019년 8월에 미국 원자력규제위원회(Nuclear Regulatory Commission : NRC)로부터는 설계 인증(Design Certification : DC)을 취득하였다. OPR1000과 APR1400 외에도 APR+ 가 있는데, 이는 해외 기술에 의존하고 있는 일부 핵심기술의 완전한 자립을 통해 독자적 수출의 제한 요건을 극복하기 위하여 수립된 ‘원전 기술 발전방안(Nu-Tech 2012)’에 따라 개발된 노형이다. 해외 기술에 의존하던 원자로냉각재펌프(RCP)와 원전계측제어설비(MMIS), 원전 설계용 핵심 코드 등 마지막 미자립 핵심기술을 확보함으로써 전기가 끊겨도 최대 3일간 냉각수가 공급되도록 설계된 것이 특징이다. 또한, 원자로 노심이 녹아내리는 사고의 빈도를 기존 원전의 10만 년당 1회에서 100만 년당 1회 미만으로 설계해 안전성을 한층 더 높였다고 평가를 받고 있으며, 핵연료봉이 16개 추가되고 원자로의 지름도 30cm 증가하면서 발전 규모와 효율성 또한 높아졌다고 볼 수 있다.

[자료 3. OPR1000, APR1400 계통도]

출처 : 한국전력기술, 한국전력기술

 이러한 원전 기술을 바탕으로, 가압경수로 주기기와 원전 설계, 기술의 수출 등이 이루어지고 있다. 2009년 중국 친산 원자력발전소에 들어갈 6백MW급 가압경수로형 원자로 제작을 필두로 CEDM (Control Element drive mechanism), 원자로, 증기발생기, 냉각재 펌프, 가압기 등을 수출하고 있다. 원자력발전소 설계에 있어서는 EPC라고도 불리는 상세설계, 구매, 시공 분야에서 수출이 활발히 이루어지고 있다. 각종 발전소에 필요한 계통 및 구조물 설계, 기기와 계약자 간 간섭사항 설계를 포함하는 종합 설계사, 주기기와 보조기기 공급사, 현장 시공사들이 해외 진출을 통해 수출하고 있다. 또한, 세계적인 원전 흐름이 소형원자로로 변하고 있는 만큼 한국도 소형원자로 기술을 수출하고 있는데, 2015년에는 사우디아라비아 K.A,CARE와 SMART PPE (pre-project Engineering) 협약을 체결하여 소형로 SMART 기술을 수출한 바 있다.

한국의 원자력 수출 평가

 이렇듯, 다양한 방면에서 원자력 수출을 위한 다양한 시도가 이루어지고 있으며, 원전 독자 수출은 아직 미비한 수준이지만, 주기기 제작이나 건설 등의 수출이 큰 비중을 차지하는 현황으로 볼 수 있다. 한국은 건설과 기자재에 있어서 5대 원전 공급국으로 여겨지고 있으며, 다수 원전의 무사고 경험을 바탕으로 수출을 이어나가고 있다. 또한, 연료 저장과 운반 역량이 높게 평가되며, UAE의 원전 수출에 있어서 팀 코리아의 수출 전담 조직을 운영하고, 원전 수출협의회를 통해 원전 수출 지원체계를 구축하고 있다는 강점이 있다.

 그러나 한국의 원전 수출은 여러 한계점을 지니고 있는데, 먼저 공기업 중심이라는 데에 있다. 공기업이다 보니 행정적인 한계가 있을 수밖에 없고, 국내에서는 경쟁할 기업이 없고, 그래서 국제적으로도 경쟁이나 입찰에 있어서 부족한 면이 있다는 점이 큰 단점이 되기도 한다. 두 번째로는 원전 수출 분야가 EPC에 편중되어 있다는 점이다. EPC는 Engineering, PreProcurement, Construction으로, 중간 단계를 일컫는다. 플랜트 엔지니어링 절차는 개념설계, 기본설계(FEED), 상세설계, 구매, 시공, 시운전, 유지보수로 진행되는데, 이 중 상세설계, 구매, 시공이 EPC이다. 여기서 FEED로 불리는 기본 설계는 EPC 계약 전 공사의 기본 토대를 마련하는 설계로, 설계･건설･운영에 필요한 비용･기간･소요인력 등을 추산할 수 있도록 개념설계를 바탕으로 핵심 기기의 설계 및 배치 등 핵심 부분의 대략적인 설계이다. 즉, 공사의 밑그림을 그리는 작업이므로 FEED 계약을 수주하게 된다면 향후 EPC 최종 계약에서도 유리하다. 이는 프로젝트 경험과 프로세스에 대한 높은 이해도를 필요로 하기 때문에 미국, 일본과 유럽 건설사들의 전유물이기도 하다. 한국의 경우, EPC 경험은 많으나 FEED 분야에 취약하기 때문에, ‘실무 경험이 없는 관리자’로 비유될 수 있다고도 한다. 따라서 FEED 분야의 경쟁력을 강화시킬 필요가 있다. 세 번째로는 해외노형 경험 부족을 들 수 있다. 한국은 이중격납설계를 하지 않는데, 이는 유럽의 기준에 아예 맞지 않는다고 한다. 원자력 발전소는 원전 사고 발생 시 외부로 방사성 물질이 누출되지 않도록 하기 위해 5겹의 방벽을 설치하는데, 이 중 4단계인 격납건물 철판과 5단계인 콘크리트 격납건물이 부족하다. 또한, 국내에서도 격납건물 부식 문제는 지속적으로 제기되어 왔다. 신고리 3호기에서는 거의 50cm에 달하는 공극이 발견되었고, 이외에도 2019년 10월에 격납건물의 공극이 37곳 발견된 바 있다. 네 번째로는 국제적으로도 계속 지적되고 있는 미미한 독자 수출이다. 현재 유일한 독자 수출은 2009년의 UAE 바라카 원전이 유일하며, 수주 계약 건들이 계속 논의되고 있지만 체코의 경우와 같이 기술력 외의 정치･외교적인 요소들로 인한 문제가 생기기도 한다. 뿐만 아니라, 노후화돼가고 있는 원전 흐름에 있어 상용 원전 해체 실적이 매우 적은 것도 문제가 되고 있다. 마지막으로, 원전이라는 업계가 가지는 특성을 제대로 반영한 특화 지원이 미비하다. 원전은 자금 규모가 매우 크고, 리스크가 크며, 인증이 어려운 분야인데, 한국의 자금력은 타국에 비해 턱없이 약하다. 터키 원전의 경우, 한국과 터키가 총 사업비 220억 달러에 달하는 MOU를 2010년 체결했지만, 2013년 일본이 최종 건설 사업자로 선정된 바 있다. 이에 대해 전문가들은 일본의 자금력을 당할 수 없었기 때문이라고 분석했다. 터키는 UAE와는 달리 발주국으로서 건설비용을 미리 낼 계획이 아니었기 때문에, 사업자가 먼저 건설을 하고 이후 전기료로 투자금을 회수하겠다는, 일본 사업자를 선택한 것이 자명하다는 것이다. 이 같이 막대한 자금력과 경쟁해서 원전을 수출하기 위해서는 국가가 적극적으로 힘을 실어주어야 하는데, 정부 정책이 이를 뒷받침하지 못하고 있기 때문에 성과가 부진한 것도 하나의 이유로 볼 수 있다. 이러한 다섯 가지 이유 이외에도 비정기적인 원전 수출 협의회의 운영, 수출 지원 실효성의 한계, 평면적 수출 전략 등의 이유로 인해 한국은 좋은 기술력을 보유하고 있음에도 더딘 수출 성과를 보이고 있다.

결론

 한국은 탈원전 정책으로 인해 원전 수출 기반이 사실상 붕괴하였다고 봐도 과언이 아니다. 케리 이매뉴얼 미국 MIT 교수는 "스위스 국민이 초콜릿을 더는 먹지 않는데, (초콜릿을) 수출하겠다고 하면 의아할 것이다."라고 했으며, 아그네타 리징 세계원자력협회 사무총장은 "국내에서 원전(원자력발전소)을 폐쇄하고 해외 원전 수출에 성공한 사례는 못 봤다."라고 말한 바 있다. 이에 산자부는 19년 10월, “원전 수출은 국내 원전 정책보다는 원전 자체의 경제성·안정성 및 발주국의 국익 등을 종합적으로 고려해 결정되고 있다. 미국·일본·프랑스 등 주요 원전 수출국도 자국 내 신규 원전을 건설하지 않거나 원전 비중을 축소하면서도 해외 원전 (건설)을 수주한 바 있다."라고 해명했다. 그러나 미국 웨스팅하우스는 경영난으로 캐나다 자본(브룩필드 비즈니스 파트너스)에 넘어갔고, 이에 도널드 트럼프 미 대통령은 올 2월 원자력업계 최고경영자(CEO)들과 만나 지원방안을 논의했다. 일본 히타치는 올 1월 영국에서 진행 중이던 원전 건설 프로젝트를 중단했으며, 미쓰비시가 터키에서 추진했던 원전 사업도 철수로 방향을 틀었다. 이론적으로는 탈원전을 한다고 원전 수출을 못 할 이유는 없다. 그렇지만 시장에서 원전을 쓰지 않겠다는 나라의 원전을 사고 싶어 하는 국가는 없을 것이다. 신재생에너지의 부상으로 인해 화석연료의 비중이 줄고 있지만, 초기 에너지 전환 비용이 적지 않기 때문에 역설적으로 원자력에 대한 논의가 더욱 대두되고 있는 시점이다. 개인적으로는 탈원전 정책 자체를 재고할 필요가 있다고 보지만, 탈원전을 유지할 경우, 탈원전 정책을 유지하면서도 원전 수출을 이룰 수 있는 방법을 진지하게 모색할 필요가 있을 것이다. 현재 국제적으로 비판을 받고 있는 원전 기술과 노형을 개선하고, 이에 대해 국가는 자금력에 있어 경쟁력을 확보해야 할 것이다. 또한, 탈원전 정책으로 인해 국내의 시장이 좁아짐에 따라 업계 진출을 희망하는 기업과 인력의 감소에 대한 보완책을 마련해야 할 것이다. 벌써 원자력 관련 학과의 인원부터가 줄고 있지 않은가. 이런 추세가 계속될 경우 원전 수출이 불가해지는 것은 시간문제일 것이다. 국내에서 쓰지 않겠다는 기술을 사겠다는 국가는 없을 것이라는 자명한 논리를 염두에 두고 원전 수출에 대해 재고하는 기회가 생기길 바란다.

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참고문헌

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2) 김병욱, "원전 격납건물 공극 37곳 추가발견", 투데이에너지, 2020.10.06, https://www.todayenergy.kr/news/articleView.html?idxno=229334

3) 김병욱, "원전 수출, 적극적인 지원 필요", 투데이에너지, 2019.12.07, https://www.todayenergy.kr/news/articleView.html?idxno=220424

4) 노동석, "원전 수출의 필요성과 촉진 요건", 전기저널, 2020.03.06, http://www.keaj.kr/news/articleView.html?idxno=3275

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7) 설성인, " '탈원전' 한국, 더 이상 원전 수출은 없다", 조선비즈, 2019.06.23,  https://biz.chosun.com/site/data/html_dir/2019/06/23/2019062300985.html

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9) 이만기 외 2, 세계 원자력 발전 전망 및 요인 분석 – IAEA 원자력 발전 전망을 중심으로, 2016.

10) 이재은, "탈원전으로 원전수출 기반 붕괴…中·러시아에 주도권 뺏겨”, 조선비즈, 2019.12.12,  https://biz.chosun.com/site/data/html_dir/2019/12/12/2019121202139.html

11) 이재용, "원전 수출 경제적·외교적 효익 고려 ‘원전수출지원특별법’ 제정 필요", 일렉트릭파워, 2019.12.16 http://www.epj.co.kr/news/articleView.html?idxno=23833

12) 정용훈, "세계 원전 수출 시장 현황 및 전망", 전기저널, 2020.03.06, http://www.keaj.kr/news/articleView.html?idxno=3274

13) 조재길, " "한국형 원전 못 믿어"…태클 건 외신들" , 한국경제, 2020.02.13, https://www.hankyung.com/economy/article/2020021344291

14) 한국과학기술기획평가원, 후쿠시마 사고 이후 원자력 정책과 R&D 동향 및 주요 이슈, 2012.07.

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19) 한국원전수출산업협회, http://www.e-kna.org/web/home.php?go=main

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22) SMART Power Co., Ltd. , http://smart-nuclear.com/

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