원전 산업은 흥미롭다.
1. 원전 건설
2. 가동에 필요한 부품, 교환 개선
3. 미래형 원전 개발
4. 해체 기술
5. 사용후 연료 처리 기술
각 항목에 많은 자본이 투입되면서도
기존의 화석발전을 대체할 수 있는 현실적인 유일한대책이다.
기술력 하나로도 엄청난 경쟁력을 가질 수 있고
자원 하나 없는 대한민국에서 에너지 자립화를 하고,
시스템을 수출까지도 가능한 고부가가치의 생태계이다.
그중 차세대 기술인 SMR(Small Modular Reactor)은 어떤 방식일까?
기존의 대형원전의 위험성을 줄이면서도 모듈화 되어 지금의 스마트 그리드와
잘 어울리는 방식이다.
기술을 한번 알아보자
SMR의 개념과 기술적 특징
SMR은 전기 출력 300 MWe 이하의 소형 원자로로, 규모를 줄이고 모듈화한 것이 가장 큰 특징.
전통적인 대형 원전이 발전소 현장에서 개별 설비를 맞춤 제작·설치하는 것과 달리,
SMR은 주요 기기를 하나의 일체형 시스템으로 통합하고 공장에서 표준화된 모듈로 제작한 뒤 현장에서 조립.
예를 들어 원자로 용기 내부에 증기발생기, 가압기, 냉각재 펌프 등을 모두 넣은 일체형 원자로 설계를 통해
배관과 부속 설비를 대폭 간소화.
이러한 모듈식 일체형 설계 덕분에 SMR은 부지 조건에 유연하게 대응할 수 있으며,
육상은 물론 해상 부유식 발전소나 도서·오지 등 기존 대형원전이 들어가기 어려운 곳에도 설치가능.
일부 SMR은 발전뿐 아니라 고온의 열에너지 활용을 염두에 두고 설계되어,
산업공정 열공급이나 수소 생산 등에도 활용가능.
(수소 생산시설중 천연가스를 개질하는 장치로 열을 공급받아 가동 가능)
SMR은 경수로 기반 설계가 많지만, 이외에도 고속로(나트륨냉각), 고온가스로(헬륨냉각), 용융염로 등
다양한 **차세대 원자로 기술(Gen IV)**들이 SMR 형태로 개발되는중.
이러한 일부 신개념 SMR들은 낮은 노심 출력과 특수 연료 등을 활용하여 사고 시 자동으로 안정화되는
뛰어난 수동적 안전특성을 지니며, 발전과 동시에 복합에너지 공급원으로 활용될 수 있도록 구상되는 중.
SMR의 장점
안전성 증대: 작은 노심 규모와 낮은 운영 압력, 그리고 피동적 안전계통 덕분에 중대사고 확률이 대폭 감소. 전력 공급이나 인력 개입 없이도 자연순환, 중력 등의 자연현상만으로 노심 냉각이 가능하도록 설계되어 있어, 사고 시 운전원이 개입하지 않고도 안전하게 정지 가능.
(일부 고온가스로 SMR은 노심 냉각이 상실되더라도 별도 긴급주입 없이 자연적으로 냉각 실증 확인)
건설 기간 단축 및 설치 유연성: SMR은 모듈 단위로 공장에서 미리 제작하기 때문에 현장 건설기간이 크게 단축. 목표로는 개별 모듈당 약 2~3년 내 건설이 가능, 소형 경량화로 대형 장비를 현장에서 조립하는 공사가 줄어들어 공정 지연 위험이 감소. 또한 부지 면적이 작고 지하에 설치하는 등 입지 조건에 융통성이 있어, 대형 전원이 곤란한 도서 산간이나 극지, 산업단지 부지 등에도 설치가능. 모듈 추가를 통해 순차적으로 증설할 수 있어 수요 변화에 맞춘 탄력적 대응도 용이
낮은 초기 투자비용: 대형 원전은 통상 1기당 수조 원에 달하는 거액이 필요하지만, SMR은 소규모 단위 투자로 시작할 수 있어 재무적 부담이 완화. 한 발전소에 여러 SMR 모듈을 짓더라도 한 기씩 순차 건설할 수 있으므로, 투자비용을 단계적으로 분산시키고 조달을 용이. 또한 공장 대량생산 효과로 단위 출력당 건설비용을 절감하고 품질을 향상시킬 잠재력이 있음.
다목적 활용 및 연계 운용: SMR은 발전 외에도 열공급이 가능한 적당한 출력 규모를 갖추어, 지역난방이나 공장 공정열, 해수 담수화, 수소 생산 등에 활용. 예컨대, 한국의 SMART SMR는 전기와 함께 해수 담수화를 염두에 두고 설계되었고, 고온가스로인 미국 Xe-100 설계는 산업체에 증기를 공급하며 전기도 생산하는 것을 목표로 잡음. 아울러 재생에너지와의 연계에도 유리하여, 전력 수요에 따라 유연하게 출력 조절을 하거나 모듈 단위를 가변 운영하여 전력망 안정화에 기여 가능.
SMR의 단점 및 도전 과제
규모의 경제 부족: 출력당 건설비용은 초기에는 오히려 높음. 대형 원전은 출력이 크기 때문에 단위 전력당 건설비가 상대적으로 낮은 규모의 경제를 누리지만, SMR은 작아진 규모로 인해 초기에는 kW당 건설비가 높고 발전 단가가 불리.
이러한 불리함을 만회하려면 표준설계의 대량 생산과 N번째 호기 효과로 비용을 낮춰야 하나, 아직 상용화 초기라 불확실성이 존재.
검증 및 실증 부족: 현재 운영 중인 SMR이 극소수에 불과하여, 경제성·건설기간 등에 대한 실증 자료가 부족. 첫 몇 기의 SMR 건설은 여전히 학습곡선이 필요한 FOAK(First-Of-A-Kind) 프로젝트로서 예상보다 비용 초과나 일정 지연이 발생할 가능성 있음. 특히 고급 인력과 공급망이 대형 원전 위주로 구성된 상황에서, SMR에 특화된 부품 생산 체계와 시공 경험을 쌓는 데 시간이 필요.
규제 및 표준화 과제: 기존 원자력 규제 체계는 대형 원전을 기준으로 마련되어 있어, 새로운 SMR에 대한 인허가 프레임워크 정립이 미비. 국가별로 안전기준과 인증 절차가 상이하여 국제 표준화가 이루어지지 않으면, 동일한 SMR이라도 매번 새로 허가를 받아야 하는 비효율 존재. IAEA 등에서 SMR 안전기준과 규제조화 노력을 시작하였지만, 글로벌 상용화를 위해서는 국제적인 인허가 협력이 요구됨.
기타 고려사항: 다수의 SMR을 광범위하게 배치할 경우, 안보 및 물리적 방호 측면에서 관리 대상이 늘어남. 작은 규모 덕에 **비상계획구역(EPZ)**이 축소될 수 있다고는 하나, 대신 여러 지역에 분산 설치된다면 각 지역 주민 수용성과 비상대응 계획을 확보해야 하는 과제 존재. 사용후핵연료 및 방사성 폐기물도 SMR이 절대량은 적지만 발전량 대비로는 기존 원전과 유사하게 발생하므로, 효율적 처리방안이 필요. 이처럼 대중 수용성 확보와 사회적 합의도 SMR 상용화를 위한 중요한 관건.
SMR의 활용 분야 및 시장 전망
SMR은 전력 공급은 물론, 다양한 분야에서 활용될 수 있는 에너지 플랫폼으로 주목받는중.
전기 접근성이 낮은 오지나 섬 지역에서는 소규모 분산 전원으로서 디젤 발전을 대체하여 전력 공급가능
(몰디브나 각 휴양섬에서 디젤 발전기를 써서 시끄럽기도 하고, 매연도 심함)
기존 대형 발전소에 의존하던 소규모 전력망(마이크로그리드)을 안정화하는 용도로 쓰일 수 있음.
또한 발전과 병행하여 지역난방용 증기 공급, 산업단지 공정 열공급, 원유 시추 현장 에너지 공급,
해수 담수화 플랜트 열원, 대규모 수소 생산을 위한 열/전력 공급 등 다목적 에너지 허브로 활용 가능성 큼.
ex) 중국의 HTR-PM은 석유화학 공장에 500℃ 증기를 공급하여 천연가스 보일러 대체 실증
한국의 i-SMR은 석탄화력 대체 및 탄소중립형 스마트시티 열원으로 활용할 비전을 제시
이러한 잠재력 때문에 세계 각국이 SMR 개발에 열을 올리고 있으며, 향후 시장 성장 전망도 밝음.
현재 전 세계적으로 70~80종 이상의 SMR 설계가 개발 중이며, 한국, 미국, 중국, 러시아, 캐나다, 영국, 프랑스 등에서
국가 차원의 연구개발 및 투자 지원이 이루어지는 중. 국제원자력기구(IAEA)에 따르면 러시아, 중국 등에서 최초의
SMR 상업 운전이 이미 시작되었고, 미국, 캐나다, 유럽에서도 첫 SMR 가동을 위한 준비가 진행 중.
2020년대 후반부터 실증로 운전과 초기 상용화가 이뤄지고, 2030년대에는 SMR 보급이 본격적인 성장 국면에 들어설 것으로 예상. 일부 시장조사에서는 2030년대 글로벌 SMR 시장 규모가 수십조 원대에 이를 것으로 전망하고 있으며, 탄소중립 목표 달성과
노후 화석발전 대체를 위해 각국 전력 정책에서 SMR을 적극 고려 중. 다만 SMR이 기존 대형 원전을 완전히 대체하기보다는
대형 원전과 보완적으로 공존할 것이란 시각이 우세.
예를 들어 영국은 2050년까지 원자력 발전 비중을 늘리는 과정에서 신규 대형 원전과 SMR을 병행 추진하는 정책을 발표하였으며미국 등도 차세대 대형 원전(예: 개선형 경수로) 건설과 병행하여 SMR을 도입하려는 움직임을 보이고 있음.
결국 대형 원전은 대형 원전대로 기후위기 대응을 위한 안정적 전력원으로 유지하면서, SMR은 신규 수요지와 특수 분야를
개척하며 원자력 산업의 지평을 넓혀갈 것으로 전망됨.
SMR vs 기존 대형원전(경수로, 중수로)
| 출력 규모 | 10~300 MWe급(모듈식) | 1000~1500 MWe급(대형 단일호기) |
| 설계 방식 | 원자로+증기발생기+펌프 일체형(iPWR) | 주요 기기 분리형, 배관 길고 복잡 |
| 제작/건설 | 공장제작 → 현장 조립(모듈화) → 2~3년 목표 | 현장맞춤 제작, 대규모 토목, 공기 5~10년 |
| 안전성 | 자연순환·중력 기반 피동냉각(전원 없이 냉각) / 사고 에너지 적음 | 펌프·비상전원 등 능동냉각 필수, 사고 규모 큼 |
| 설치 유연성 | 소형·경량 → 산간/도서/공업단지 등 다양한 부지에 설치 가능 | 대형 부지와 강력한 송전망 필요 |
| 증설 방식 | 모듈 여러 개를 순차 증설 | 1기 단위의 대규모 확장만 가능 |
| 초기 투자비 | 낮음. 필요 시 1기씩 단계적으로 투자 | 매우 높음(수조 원 단위) |
| 활용 분야 | 전기 + 지역난방 + 산업열 + 담수화 + 수소생산 | 주로 전력 생산 중심 |
SMR은 모듈식 소형 설계로 일부는 지하에 설치되고, 안전구역도 대폭 축소되는 반면 대형 원전은 거대한 구조물이 지상에
구축되고 넓은 방재구역을 필요로 하는 차이가 있다. 또한 SMR은 피동적 안전장치로 "워크어웨이(walk-away) 안전"을
추구하는 데 비해, 전통적 대형 원전은 능동적 안전에 의존하고 건설 비용도 훨씬 많이 든다.
또한, 활용분야가 제한적이라는 것도 안타까운 점이다. 대형원전은 각잡고 건설하기 때문에 주변 공장이나, 민가하고도
거리가 있다보니 열원을 활용하기 어렵다. 물론 에너지를 저장하고 운반할 수 있는 수소 생산시설을 전력이
남는시간에 돌릴 수 있으나 경제적, 안전성으로 불리한 구조이기에 발전소 자체로 집중하는것이 효율적이다.
국가별 기술유형 출력 (MWe) 개발사/기관 주요 특징 상용화 일정/현황
| 미국 | 경수로 (일체형 PWR) |
77 MWe (모듈당) | NuScale Power | 모듈식 일체형 PWR로 1기당 77 MWe 생산; 피동안전 설계 채택, 2020년 SMR 최초로 미 NRC 설계인증 획득 | 미 에너지부 CFPP 사업으로 아이다호에 6모듈(총 462 MWe) 실증 플랜트 건설 예정, 2029년 첫 모듈 운전 목표 |
| 미국 | 고온 가스로 (HTGR) |
80 MWe (모듈당) | X-energy | 4세대 고온가스냉각로, TRISO 연료 사용 및 1기 80 MWe (4기 구성 시 320 MWe) 모듈형 설계; 높은 출력 온도로 발전뿐 아니라 산업 공정열 공급 가능, 본질적으로 멜트다운 위험 없음 (피동냉각) |
미 DOE ARDP 실증사업 선정(2020), 2027년까지 워싱턴주에 4기 구성 첫 Xe-100 발전소 운영 목표 |
| 미국 | 소듐냉각 고속로 | 345 MWe (기본) | TerraPower(GEH 협력) | 소듐냉각 고속로와 용융염 열저장 결합 – 기본출력 345 MWe (필요 시 최대 500 MWe까지 출력 증강 가능); 고농축 저농우라늄(HALEU) 연료 사용한 4세대 원자로로 혁신적 안전설계 적용 | 미 DOE ARDP 선정 실증로로 와이오밍주에 1호기 건설 중. 연료 HALEU 수급 지연으로 최초 발전 목표가 2028년에서 2030년으로 연기됨 |
| 대한민국 | 경수로 (일체형 PWR) |
100 MWe | 한국원자력연구원 (KAERI) | 일체형 소형 가압경수로로 전기출력 100 MWe급; 원자로 용기 내 증기발생기 일체화 등 단순화, 3년 주기 연료교체 및 피동냉각 적용, 전력 생산과 해수 담수화 겸용 설계 | 2012년 세계 최초 SMR 설계인증 획득; 그러나 실증 호기 건설 미확정 상태로 개발 지연, 현재 사우디 등과 상용화 협력 추진 중 |
| 대한민국 | 경수로 (일체형 PWR) |
110 MWe | KAERI / KHNP (사우디 KA-CARE) | SMART의 출력 향상 개량형으로 열출력 330→365 MWt, 전기출력 100→110 MWe 증강; 완전 피동형 안전시스템 도입으로 외부 전원 없이 자연순환 냉각 가능 등 안전성 강화 | 2024년 한국 NSSC로부터 표준설계승인 획득; 사우디 첫 호기 건설 협력 등 통해 해외 실증 및 수출 추진 중 |
| 대한민국 | 경수로 (지능형 SMR) |
~300 MWe | 한국수력원자력 (산업 컨소시엄) | 노후 석탄발전소 대체를 목표로 개발된 대출력 SMR로 단위 약 300 MWe 발전; 공장제작 모듈화로 건설기간 단축, 단계적 증설 및 재생에너지 연계 등 유연한 운전 가능 | 2019년 개념설계 완료, 2023년 기본설계 진행 중. 2028년까지 표준설계인가 획득 목표이며 이후 2030년대 초 실증 및 상용화 추진 예정. |
| 영국 | 경수로 (PWR) |
470 MWe | Rolls-Royce SMR Ltd | 470 MWe급 소형 PWR로 60년 수명; 길이 16 m×직경 4 m 원자로 모듈 등 90% 이상 공장제작해 현장 조립, 건설기간 단축 | 2025년 영국 정부 SMR 기술 경쟁에서 우선 선정되어 개발 지원 확정. 2029년 최종투자결정(FID) 후 2030년대 중반 최초 호기 운전 목표 (영국 규제기관 GDA 심사 중). |
| 중국 | 고온 가스로 (펩블 베드) |
210 MWe (2×105) | 칭화대 INET / China Huaneng | 헬륨냉각 고온가스냉각로 실증 플랜트로 2기 모듈(각 250 MWt)로 210 MWe 출력; 흑연 감속재와 TRISO 구형연료 사용으로 1600℃ 이상에서도 연료 피복 유지되는 본질적 안전성 확보, 약 500℃의 고온 증기 생산으로 수소 제조 등 산업열 활용 가능 | 2012년 착공, 2021년 12월 첫 병합발전 연결 거쳐 2023년 12월 세계 최초 모듈식 고온가스로 상업운전 개시. 후속 상용 모델로 6모듈 650 MWe급 HTR-PM600 개발 추진 |
| 러시아 | 경수로 (부유식 바지선) | 70 MWe (2×35) | Rosatom (Rosenergoatom) | 세계 최초 부유식 원전으로, 러시아 KLT-40S 소형 PWR 2기(각 35 MWe)를 바지선에 탑재; 북극해 연안 도시 전력 공급과 지역 난방열 공급에 활용, 필요 시 예인하여 이동 배치 가능 | 2019년 북극권 페벡(Chukotka) 항구에 정착 완료, 2020년 5월부터 상업운전 시작. 2021년 한 해에만 1.75억 kWh 전력 생산하고 도시 난방의 75%를 공급하며 안정 운영 중. |
| 캐나다 | 용융염로 (액체연료 MSR) | 195 MWe (모듈당) | Terrestrial Energy | 우라늄 연료를 플루오라이드 용융염에 녹여 연료 겸 냉각재로 사용하는 4세대 원자로; 흑연 감속 및 저압 운전으로 사고 시 출력 자동 저하 등 본질적 안전특성 구현, 주요 구성품을 일체화한 코어 모듈을 7년 주기로 교체 운용 | 2023년 캐나다 원자력안전위의 2단계 설계검토 완료 (라이선스상 근본 장애 없음 확인). 미국·캐나다에서 인허가 병행 진행 중이며, 2030년대 초 첫 상용 발전소 운영 목표 |
| 아르헨티나 | 경수로 (일체형 PWR) |
32 MWe | CNEA / INVAP | 아르헨티나가 자체 개발한 일체형 소형 PWR로 자연순환 냉각 방식 32 MWe 출력의 CAREM-25 프로토타입; 시스템 단순화로 부품 국산화율 70% 이상 달성, 향후 다모듈화로 100~120 MWe급 상용모델 개발 계획 | 2014년 부에노스아이레스 인근에 건설 착수했으나 예산 문제로 지연. 2022년 공사 재개되어 2024년 건물 완료 예정, 2027년 말 초기 임계 및 가동 목표 |
원전 산업은 이제 단순히 ‘전기를 만드는 설비’가 아니라, 에너지 안보와 탄소중립, 산업 경쟁력을 동시에 좌우하는
전략 산업으로 자리 잡고 있다. SMR은 아직 갈 길이 남아 있고 경제성·규제·실증이라는 숙제를 안고 있지만,
대형 원전이 가진 한계를 보완하면서 새로운 수요를 개척할 수 있는 유력한 옵션이다.
우리나라는 이미 경수로·중수로 기술과 건설 경험, 운영 노하우를 보유하고 있고, SMART·i-SMR 같은 자체 SMR 설계도
갖추고 있다. 앞으로 대형 원전과 SMR을 어떻게 조합하고, 어떤 방식으로 수출 생태계를 만들 것인지가 에너지 자립과
산업 경쟁력을 좌우할 것이다.
이번 글이 SMR과 기존 원전의 차이,
그리고 앞으로의 시장 흐름을 정리하는 데
조금이나마 도움이 되었기를 바란다.
앞으로도 원전·에너지 관련 이슈를 꾸준히 정리해 보겠다.