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원자력

원자력발전은 핵분열 반응으로 발생하는 열을 사용해 물을 증기로 만들고, 그 증기로 터빈을 돌려 전기를 만드는 방법이다. 핵분열은 크고 무거운 원자핵이 외부의 강한 힘으로 쪼개지는 현상을 말한다. 원자력은 자연계에서 가장 무거운 원소인 우라늄을 이용한다. 우라늄 원자핵에 빠르게 움직이는 중성자를 충돌시키면 바륨, 크립톤, 스트론튬, 제논과 같은 더 가벼운 원소로 쪼개지면서 에너지와 중성자를 함께 방출한다. 이 중성자는 다른 우라늄 원자핵과 반응하여 다시 에너지와 중성자를 생성하고, 이러한 과정이 반복되어 일어나므로 핵분열 에너지를 긴 시간에 걸쳐 꾸준하게 얻을 수 있다. 이 에너지로 물을 끓여서 터빈을 돌려 전기를 얻는 것이 바로 원자력발전이다.

원자력 (2021년 기준)   (출처 : 한국전력)

발전비중 : 27.4%
발전량 : 158,015GWh

원자력발전은 우라늄-235가 2~5%만 농축되어 있는 저농축우라늄을 핵연료로 사용하여 18개월 내외의 발전주기 동안 핵분열이 지속적으로 서서히 일어나도록 한다. 또한 붕소로 이루어진 제어봉으로 핵분열 연쇄반응을 멈추게 할 수도 있다. 발전 과정에서 이산화탄소는 거의 발생하지 않으며 산업 전체로 보더라도 화석연료 발전에 비해 탄소배출량이 적다.

원자력발전은 에너지를 만들어내는 과정에서 방사선과 방사성 물질이 발생하기 때문에 최우선적으로 고려하는 것이 안전성이다. 우리나라 원전은 방사성물질이 외부로 누출되는 것을 방지하기 위해 다섯 겹의 5중 방호벽으로 이루어져 있다. 또한 불의의 고장이나 사고로부터 안전성을 높이기 위해 다중성·다양성·독립성 3가지의 설계 원칙을 따르며, 지진이나 해일 등 자연재해에도 대비 하고 있다.

원자력발전에대한설명
원자력발전에대한설명

원자력발전에 있어 선결과제로 꼽히는 것은 사용후핵연료 처리 문제이다. 말 그대로 핵연료물질을 발전용 또는 다른 방법으로 핵분열시킨 후 배출되는 고준위 방사성 폐기물을 뜻한다. 겉으로 보기엔 일반 핵연료물질과 차이가 없지만, 이미 핵분열 반응을 했기에 고열을 방출하고 그 방사선의 반감기가 길어 세심한 관리 보관이 필요하다. 핵연료를 다 쓰고 나면 열이 식을 때까지 수조에 임시 보관 후 방사능이 어느 정도 낮아지도록 원전 내에 중간 저장하고 있으나 포화 시점이 다가오고 있다. 최종 단계인 영구처분을 위한 기술 개발과 관리계획에 대해서는 심도깊은 논의가 필요하다.

약 30%의 전기를 만들고 남은 사용후핵연료, 어떻게 관리해야 할까요?

여러분, 집에서 쓰는 전기에 여러가지 발전원에서 생산된 전기가 섞여 있는 점을 알고 계신가요?

우리나라에서는 원자력발전, 석탄발전, LNG발전, 신재생에너지, 양수발전에서 전력을 생산해 공장과 가정, 상가 등에 공급하고 있습니다. 발전기가 여러 종류인 만큼 연료가 타고 남은 찌꺼기를 처리하는 장소도 여러 종류인데요. 석탄발전의 경우 석탄재 처리장이 필요하고, 원전의 경우 방사성 폐기물 처분장이 필요합니다.

원전 연료가 타고 남은 부산물을 ‘사용후핵연료’라고 합니다. 그런데 사용후핵연료는 내부에서 여전히 핵분열이 일어나며 방사선을 내뿜고 있는데요. 그래서 사용후핵연료를 영구히 사람들과 격리하는 공간을 마련해야 해요. 이 공간을 고준위 방사성폐기물 처분장, 줄여서 ‘고준위 방폐장’이라고 부릅니다.

우리나라 원자력 안전법에 따르면 열 발생량이 ㎥당 2kW이고, 반감기가 20년 이상인 알파선을 방출하는 핵종으로 방사능 농도가 그램당 4000베크렐(Bq) 이상인 물질을 '고준위 방사성폐기물’이라고 부릅니다. 대부분 사용후핵연료가 여기에 해당하는데요. 과거, 우리나라에서 원전이 주목받았던 때는 1970년대 중동국가와 이스라엘이 전쟁을 벌이며 발생한 석유파동 때입니다. 이때 원전은 전기를 공급해 석유나 가스 등 에너지를 수입에 의존해야만 했던 우리나라에 큰 도움을 줬습니다. 그런 만큼 사용후핵연료도 2021년 3분기까지 총 50만 4809다발 발생했습니다. 사용후핵연료는 원전의 수명이 다할 때가지 계속 발생할 전망입니다. 향후 추가로 발생할 사용후핵연료는 13만 520다발로 총 63만 5329다발의 사용후핵연료가 발생할 예정입니다.

▲핀란드 온칼로 고준위 방폐장 개념도 (출처:포시바 홈페이지)

원자력을 이용하는 국가들은 그동안 고준위 방폐장을 마련하기 위한 노력을 아끼지 않았습니다. 고준위 방폐장 확보에 가장 선두국가는 어디일까요? 바로 핀란드입니다. 핀란드는 올킬루오토 원전 부지 내에 온칼로 고준위 방폐장을 건설 중입니다. 온칼로는 핀란드어로 ‘동굴’이라는 뜻이라네요. 온칼로 고준위 방폐장은 2016년부터 건설되기 시작했는데 2025년 완공이라고 합니다. 스웨덴, 프랑스의 경우 고준위 방폐장 부지를 결정한 상태입니다. 스웨덴은 2009년에 포스마크를 부지로 결정해 2011년부터 건설허가를 진행 중이고 프랑스는 동북부에 위치한 뷔르(Bure) 지역을 부지로 결정해 현재 건설허가 신청을 준비하고 있습니다. 일본은 2002년 부지확보 조사에 착수해 현재 문헌조사를 진행 중이며 미국도 1983년부터 부지확보에 착수해 1987년 유카산을 부지로 결정했으나 2010년 주민들의 반대가 심해 잠정적으로 사업을 중단한 상태입니다.

우리나라의 경우 아직 고준위 방폐장 부지 확보를 위한 법률적인 근거를 마련하지 못한 상황입니다. 국회에서 고준위 방폐장 특별법을 논의하고 있는데, 아직 입법 전입니다. 문제는 고준위 방폐물 관리가 늦어질수록 국민 부담이 커진다는 것입니다. 2021년 3분기까지 고리원전의 경우 6737다발, 한빛원전 6697다발 한울원전 6344다발, 새울원전 297다발, 신월성원전 658다발, 월성원전 48만4076다발의 사용후핵연료가 발생했습니다. 이들은 현재 원전 내에 임시로 저장돼 있습니다. 수조에 있거나 ‘캐니스터’라고 불리는 임시저장고에 있습니다. 임시저장은 어디까지나 일시적으로 사용후핵연료를 보관하기 때문에 영구 처분이 필수적입니다. 원전 주변지역 주민들은 임시 저장시설이 영구시설이 되지 않도록 고준위 방폐장이 조속히 지어지기를 희망하며 고준위 방폐장 특별법의 입법을 희망하고 있습니다. 최근 황주호 한국수력원자력 사장은 국회의 고준위 방폐물 관리 특별법 제정을 촉구하며 “건식 저장 시설 건설과 인허가가 늦어지면 사용후핵연료의 관리 비용 증가와 안정적인 전력 생산 위협으로 결국 전기요금이 인상될 수 있다”고 말했습니다. 우리가 사용한 전력의 부산물인 고준위 방폐물 관리는 미래세대에 미룰 것이 아니라 현세대가 사회적 합의를 통해 차근차근히 준비해 나가야 할 것입니다.


출처 한국에너지정보문화재단

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정책

원전해체산업 육성전략

20년대 중반 이후 설계수명이 만료되는 원전이 확대되는 상황에서, 고리1호기 해체를 기술역량 축적 및 산업 생태계 창출의 기회로 삼고 글로벌 시장진출을 도모하고자 2019년 4월 17일 원전해체산업 육성전략이 발표되었습니다. 이번 전략으로 건설-운영 등 기존 선행 주기에 해체-폐기물 관리 등 후행 주기 분야까지 더해 원전산업 전반의 경쟁력을 확보하고, 원전기업의 새로운 먹거리 창출을 통한 지역의 경제활력 제고에도 기여할 수 있을 것으로 기대됩니다.

세계 원전해체시장 현황

  • IAEA국제원자력기구에 따르면, 전 세계적으로 450대의 원전이 가동 중이고 이중 30년 이상 가동 중인 원전은 300대가 넘습니다.
    사실상 세계 원전 시설이 노후화 단계에 접어들면서, 세계 각국은 투자회수율이 낮아진 원전을 대상으로 원전해체를 진행하고 있습니다.
  • 영구 정지된 원전 173대 중 안전하게 해체가 완료된 원전은 20기입니다.
    원자력 선진국으로 손꼽히는 미국, 독일, 일본이 각각 16기, 3기, 1기의 원전을 해체한 경험이 있습니다.

주요국가 원전해체 진행 현황

(IAEA-PRIS 2019년 3월 기준, 단위 : 개)

  • 미국해체계획:6 ,해체진행중:13,해체완료:15,총:35,우크라이나 해체진행중:4 총:4

  • 영국해체계획:4 ,해체진행중:13,총:30,슬로바키아 해체계획:3 총:3

  • 독일해체계획:9 ,해체진행중:16,해체완료:3,총:28,스페인 해체계획:1 , 해체진행중:2 총:3

  • 일본해체계획:13 ,해체진행중:4,해체완료:1,총:18,리투아니아 해체진행중:2 총:2

  • 프랑스해체계획:2 ,해체진행중:10 , 총:12,아르메니아 해체진행중:1 총:1

  • 캐나다해체계획:3 ,해체진행중:3, 총:6,벨기에 해체진행중:1 총:1

  • 러시아해체계획:2 ,해체진행중:4 ,총:6,카자흐스탄 해체계획:1 총:1

  • 스웨덴해체계획:2 ,총:3, 총:5 , 한국 해체진행중:1 총:1

  • 불가리아해체계획:4 , 총:4, 네덜란드해체계획:1 총:1

  • 이탈리아해체계획:4 ,총:4,스위스해체계획:1 총:1

  • 미국 : 총35
  • 영국 : 총30
  • 독일 : 총28
  • 일본 : 총18
  • 프랑스 : 총12
  • 캐나다 : 총6
  • 러시아 : 총6
  • 스웨덴 : 총5
  • 불가리아 : 총4
  • 이탈리아 : 총4
  • 우크라이나 : 총4
  • 슬로바키아 : 총3
  • 스페인 : 총3
  • 리투아니아 : 총2
  • 아르메니아 : 총1
  • 벨기에 : 총1
  • 카자흐스탄 : 총1
  • 한국 : 총1
  • 네델란드 : 총1
  • 스위스 : 총1
  • 해체계획
  • 해체진행중
  • 해체완료

주요 내용

원전해체를 원전산업의 새로운 먹거리로 육성함에 따라, 2035년까지 세계 원전해체 시장 점유율 10%를 달성하고 세계 5위권 이내로 진입하는 것을 비전과 목표로 4대 과제를 담고 있습니다.

  • 초기시장 창출 및 인프라 구축
    • - 본격 원전해체 시작 전인 ’22년까지 해체물량 조기발주, 상용화 R&D 등 민.관 합동으로 대규모 선제 투자 추진
    • - 원전해체 사업 세분화(폐기물 처리시설 구축, 해체 공사용 장비 구매, 해체 계획서작성 등) 시행 가능한 것부터 조기발주 착수
    • - 원전해체연구소를 설립하고 등 관계부처 및 관련 연구기관과 공동으로 기술 고도화 및 상용화를 위한 연구개발을 적극 추진
  • 원전해체 전문 강소기업 육성
    • - 원전기업이 해체분야로 사업을 전환하여 역량을 키워나갈 수 있도록 생태계기반, 인력, 금융 등 종합지원 추진
    • - 지역과 협력하여 인근 산업단지 등을 중심으로 지역별 특성을 반영한 기업집적 및 생태계 활성화를 추진
    • - 기존의 원전인력을 해체 수요에 맞게 단계적 전환을 유도하는 등 전문인력 양성
  • 단계적인 글로벌 시장 진출 지원
    • - 해체실적(Track-record)이 중요시되는 해체시장 특성상, 고리 1호기 실적을 토대로 3단계에 걸쳐 해외진출 추진
      • ①해외 해체원전 단위사업 수주(’20년대 중반) ②원전 운영 경험 등이 상대적으로 부족한 제3국에 선진국과 공동진출(‘20년대 후반) ③제3국 단독진출(’30년대 이후) 3단계에 걸쳐 단계적으로 글로벌 시장에 진출
  • 제도기반 구축 및 대국민 정보공개 확대
    • - 안전한 해체관리를 위해 관련 규정을 정비하고 폐기물 등에 대한 안전관리 강화 및 관련 정보공개 확대로 대국민 이해도와 신뢰도 제고
    • - 전문기업 확인제도 운영 등 산업육성을 위한 제도적 근거를 신설하고, 안전기준 명확화
    • - 해체 세부기준 조기 마련 추진

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