양날의 검을 쥔 원자력발전

양날의 검을 쥔 원자력 발전

대학생신재생에너지기자단 24기 배장민

[우리나라 전력 생산 방식의 기저원, 원자력발전]

 원자력발전은 핵분열을 이용하여 막대한 열을 발생시키고, 그 열을 이용하여 터빈을 돌려 전기를 생산하는 발전 방식이다. 전력 사용량이 증가하는 현대사회에서 효율적인 전력 생산 및 공급은 중요한 일이다. 원자력발전은 약 40원의 가격으로 1kWh의 전력량을 생산할 수 있는 값싼 발전원이다. 1kWh 발전을 기준으로 유연탄 약 150원, 대체에너지 약 180원의 금액과 비교할 때 원자력발전의 경제성을 확인할 수 있다. 싼 가격에 많은 전력을 생산할 수 있어 원자력발전은 대한민국 전체 발전량의 30.2%를 차지하는 등 대한민국의 기저 발전원으로 자리매김했다.

하지만 체르노빌 원전 사고, 후쿠시마 원전 사고 등 원자력발전의 안전성에 대한 사례가 있으며, 발전 시 만들어지는 방사성폐기물에 대한 안전한 대책이 필요하다. 낮은 단가로 많은 전력을 생산할 수 있는 측면과 안전성에 대한 고민이 필요한 측면, 양날의 검을 쥔 원자력발전에 대해 알아보자.

[자료 1. 국내 발전원 현황]

출처 : 한국수력원자력

 

[저렴한 가격과 탄소중립의 원자력발전]

원자력발전은 경제적인 장점이 있는 것은 물론, 탄소중립을 실천할 수 있는 발전원이다. 한국전력공사 전력통계월보 자료에 따르면 에너지원별 거래단가 기준 1kWh의 전력량의 생산하는데 약 40원~50원이 필요하다. LNG복합발전 약 240원, 유류 발전 약 350원, 수력발전 약 180원, 대체에너지 약 180원을 비교할 때 원자력발전의 경제적 장점이 드러난다. 발전원별 발전량을 기준으로 할 때 원자력발전은 대한민국 전체 발전량의 30.2%를 차지한다. 석탄 발전 약 30%, 가스 발전 약 27%, 신재생 약 9.7% 등 전력 생산의 높은 비중을 차지한다.

 

[자료 2. 발전원별 발전량]

출처 : 한국전력공사, 전력통계월보

[자료 3. 에너지원별 거래단가]

출처 : 한국전력공사, 전력통계월보

전력거래소의 실시간 전력 수급 현황 그래프를 참고했을 때, 원자력발전은 기저 전원임을 확인할 수 있다. SMP(계통한계가격, System Marginal Price)에 따라 전력이 거래되는데, 비교적 저렴한 원자력발전이 우선으로 거래된다. 이처럼 낮은 가격으로 전력을 생산할 수 있는 원자력발전은 안정적인 전력 수급을 위해 없어서는 안 될 발전원이다.

 

[자료 4. 실시간 전력수급 현황]

출처 : 전력거래소

 원자력발전은 탄소중립을 실현할 수 있는 발전원이다. “Climate Change and Nuclear Power(IAEA, 2016)“ 자료에 따르면 전기 1kWh를 생산하는 데 배출하는 온실가스를 비교했을 때, 원자력은 15g CO2eq/kWh, 석탄은 1,025g CO2eq/kWh, LNG는 492g CO2eq/kWh로 이산화탄소 배출량이 낮은 발전원이다. 탄소중립을 실현하고자 하는 전 세계적인 움직임을 비롯했을 때 원자력발전은 탄소가 거의 나오지 않는 발전원으로써 대량의 전력도 안정적으로 생산 및 공급이 가능한 효율적 에너지이다.

 

[원자력발전, 경제성만 따져서는 안된다]

 낮은 단가로 안정적인 전력 수급이 가능한 원자력발전이지만, 원자력발전의 위험성을 무시할 수 없다. 대표적으로 체르노빌 원전 사고와 후쿠시마 원전 사고가 그 예이다. 비교적 최근의 원자력발전소 사고인 후쿠시마 원전 사고는 2011년 3월 11일 일본 동북부 지방을 관통한 대규모 지진과 쓰나미로 인해 원자력발전소에서 방사능이 유출된 사고이다.

[자료 5. 후쿠시마 원전사고 장면]

출처 : 중앙일보

원자력발전은 핵분열로 인한 열로 물을 끓여 터빈을 돌리는 방식으로 운전하는데, 높은 열을 식히기 위한 냉각수와 냉각장치의 역할이 중요하다. 후쿠시마 원자력발전소는 지진 쓰나미로 인해 원자력발전소의 전원이 중단됐고 원자력발전의 원자로를 식혀주는 냉각장치가 중단돼 원자로 내부가 과열됐다. 결과적으로 과열로 인해 원전이 폭발했고 방사선이 누출됐다. 후쿠시마 원전 사고는 국제원자력기구(IAEA, International Atomic Energy Agency)가 만든 국제 원자력 사고 등급 중 최고 등급 단계인 7단계의 사고로 큰 피해를 남긴 원자력발전소 사고이다.

사고가 난 지 10년이 지난 지금, 후쿠시마 지역에서는 기준치의 7배에서 20배가 넘는 방사선이 검출됐으며 생기 있던 땅은 사람이 살 수 없는 땅이 됐다. 이렇듯 싼 가격으로 안정적인 전력을 공급할 수 있는 원자력발전은 방사능 누출의 큰 위험을 안고 있다. 국내뿐 아니라 세계적으로도 원자력발전의 냉각을 비롯한 안전사고에 큰 관심을 갖고 운전하고 있다.

 

[안전성 이슈... 방사성 폐기물은 어찌 관리되나?]

원자력발전은 그 부산물로 방사성 폐기물(이하 방폐물)을 발생시킨다. 방폐물이란 방사성물질 또는 그에 따라 오염된 물질로써 폐기의 대상이 되는 물질을 말한다. 방폐물은 원자로의 연료로 사용된 사용 후 핵연료를 비롯해 원전 내 방사선 관리구역에서 작업자들이 사용했던 작업복, 장갑, 부품 등 중저준위 방폐물과 병원, 연구기관, 대학, 산업체 등에서 발생하는 방사성동위원소 폐기물을 말하며 국가 차원에서 일정 기간 관리하게 돼있다. 방폐물은 방사능의 농도에 따라 극 저준위, 저준위, 중준위 그리고 고준위로 분류된다. 방폐물의 분류에 따라 보관하는 기간과 보관 방법의 차이가 있다.

현재 원전 운영으로 발생한 사용후핵연료는 발전소 내 수조에 저장해, 저장용량이 초과하는 경우 다른 저장수조 또는 건식 저장시설(월성원전 해당)로 운반하여 저장한다. 중저준위 방폐물은 동굴 처분시설, 표층 처분시설, 매립형 처분시설 등으로 관리될 수 있으며 한국의 경우 2014년 12월 사용 승인되어 현재 동굴 처분시설로 운영하고 있다.

[자료 6. 중저준위 방폐물 동굴처분시설]

출처 : 한국원자력환경공단

현재 경상북도 경주에 방폐장이 위치해, 각 원전에서 임시 보관 중인 중·저준위 방폐물을 경주 방폐장으로 안전하게 운송해 인수검사시설에서 처분 적합성 검사를 받는다. 인수검사에 합격한 중·저준위 방폐물은 1단계 동굴 처분시설로 옮겨지며, 해당 동굴이 방사성폐기물로 가득 채워지면 공극을 메우고 콘크리트로 완전히 폐쇄해 안전하게 보관한다. 방폐장 인근에 사는 주민과 주변 환경에 대해 방사선 감시기 9대, 열형광선량계 27개소를 이용해 꾸준히 감시하여 방사선량을 감시하고 있다. 이렇듯 원자력발전 후 방사성물질을 안전하게 관리하기 위해 국가 차원에서 관리감독하고 있다.

 

[안전성을 최우선으로 발전해 나가야 할 원자력발전]

원자력발전은 우리나라 전력 생산의 기저 발전원으로서 없어서는 안 될 발전원이다. 하지만 최근 한반도에서도 지진이 자주 발생하는 등 안전한 원자력발전소를 운영하는 것에 더욱 노력을 기울이고 있다. 원자력발전소의 안전성을 높이기 위해서는 국가의 엄격한 운영과 감독, 주기적인 정비시스템과 감시 체계 등이 필요하다. 또한, 최신 기술과 연구를 도입하여 원자로의 냉각 및 제어 시스템을 향상하고, 핵폐기물 관리에 대한 새로운 기술을 개발하는 것이 중요하다. 한국의 경우 후쿠시마 원전과 다르게, 비상 발전이 끊기더라도 3단계의 냉각수 공급 대비책이 있다. 그뿐만 아니라 피동촉매형 수소재결합기가 존재하여 전기가 없어도 원전 내 수소를 없앨 수 있다. 이렇게 안전한 원자력발전으로 안정적인 전력을 수급하기 위해 국가와 기관에서 많은 노력을 기울이고 있다.

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원자력발전에 대한 대학생신재생에너지기자단 기사 더 알아보기

1. "후쿠시마 원전 오염수, 다이조부?", 22기 류나연, https://renewableenergyfollowers.org/4254

후쿠시마 원전 오염수, 다이조부?

2. "여기도 원전, 저기도 원전, 과연 원전의 미래는?", 23기 송시원, https://renewableenergyfollowers.org/4259

여기도 원전, 저기도 원전, 과연 원전의 미래는?

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참고문헌

[저렴한 가격과 탄소중립의 원자력발전]

1) 한국수력원자력, "원자력정보광장", https://npp.khnp.co.kr/index.khnp?menuCd=DOM_000000105008006000

[안전성 이슈... 방사성 폐기물은 어찌 관리되나?]

1) 한국원자력환경공단, "중저준위 방폐물 관리 개요",  https://www.korad.or.kr/korad/html.do?menu_idx=150