요즘에 매우 핫한 SMR (Small Modular Reactor)에 대해서는 다들 많이 알지만

절대적으로 큰 전력부하를 담당하는데 쓰이는 대형 원전 노형에 대해서는 관심이 많이 떨어졌음.

그래서 그냥 이런 생각으로 개발된 노형도 있다 정도로 호기심을 채워 줄수 있을만한 글을 써봄.

먼저 역사를 알아보기 위해 위 그림을 순서대로 정리해보겠음.

대형원전의 시작은 1950년이었음.

이때 미국과 영국등지에서 초기의 상업운전을 위한 원자력 발전소들이 건설되기 시작함.

이때 건설된 발전소중 대표적인 노형이 Magnox, Shipping port 등등.

근데 이때는 사실 거의 실증이 되나? 정도로 발전용량을 작게 설계했어서 상용발전이라 하기엔 조금 애매한 감이 있음.

본격적으로 발전용량을 늘리고 안전설비를 끼워넣고 한 노형이 이제 전 세계에 많이 지어진 가압 경수로 (PWR) 노형이랑 CANDU로 유명한 중수로 노형임.

TMI사고가 난 노형도 이것임.

그래서 사고 겪고 전반적인 안전성을 높여야 겠다 라는 생각이 들어서 AP1000, APR-1400등 여러 노형이 개발되었지만, 체르노빌과 후쿠시마를 겪으면서 더 안전하지만 아이러니하게 세상에 많이 지어지지는 못한 노형들이 이 그룹에 속함.

여기까지가 역사고 그럼 이제 앞으로 개발중인 노형엔 어떤게 있을지 개략적으로 알아보겠음.

지금부터 말하는 노형들은 사실 지어진 노형은 없음. 실증시험용 정도만 존재함.

먼저 첫번째 노형은 VHTR (Very High Temperature Reactor)임.

나는 개인적으로 이 이름을 볼때마다 웃김. 개뜨거운 원자로가 어캐 이름임.

이 원자로는 헬륨을 냉각재로 사용하여 높은 온도에서 가동하는 것을 목표로 함.

현재 기존 상용로들이 1차측 뜨거운 물의 온도가 320도 정도 되는데 얘는 1000도를 목표로 하고 있음.

그래서 이렇게 뜨거운 열로 수소를 생산하는 것을 목표로 했었던 원자로 노형임.

물론 고열이다보니 열효율이 높은건 부가적인 이득이기도 하고.

두번째는 상온에서 고체인 나트륨을 녹여서 냉각재로 사용하는 노형임. (SFR; Sodium Cooled Fast Reactor)

이 역시 더 높은 온도를 활용하여 열 효율을 높히는 형태로 동작함.

안전 측면에서 이 설계가 팬시한 점은 1차측에서 깨지는 문제가 발생하더라도 나트륨은 상온에서 고체가 되기 때문에 자연스럽게 깨진 구멍이 막혀버리는 장점이 있음.

이 역시도 열 효율이 기존 원자력 발전소보다 매우 높고, 상압에서 작동하기 때문에 설계가 매우 단순해진다는 장점이 있음.

그리고 사용후 핵연료를 연료로 태워서 재처리 해야할 양을 극단적으로 낮출 수 있음.

이건 냉각재로 기체를 사용하는 원자로임. (GCFR; Gas Cooled Fast Reactor)이 역시 사용후 핵연료를 연료로 사용하여 핵폐기물의 양을 줄일 수 있음.

그리고 높은 온도여서 열효율도 좋음.

네번째는 초임계 상태의 물을 냉각수로 사용한 노형임. (SCWR; Super Critical Water cooled Reactor)

기존과 같은 물을 사용하지만 초임계 상태의 물로 만들어서 열효율을 증가시키는 노형임. 대부분의 설계가 기존과 비슷함.

보다시피 냉각재로 무슨 물질을 사용하느냐에 따라 원자로의 특성이 크게크게 달라지는 것을 알 수 있음.

각 원자로의 특징을 표로 요약하면 아래와 같음.

순서대로 Very High Temperature Reactor/Gas Coold Fast Reactor/Sodium Fast Reactor/Lead Cooled Fast reactor/Super Critical Water Reactor/Molten Salt Reactor임.

앞으로 수소연료가 많이 사용되게 되면 대규모 공정열이나 전해를 위한 전기는 필수불가결하여 이런 대형 원전에 대한 연구도 꾸준히 이뤄지고 있음.

저렇게 많은 잠재 노형중 어떤게 메인으로 등장할지 생각해보는 것도 재밌을 것임.

출처: Tim Abram, Sue Ion, Generation-IV nuclear power: A review of the state of the science, Energy Policy, Volume 36, Issue 12, 2008, Pages 4323-4330, ISSN 0301-4215, https://doi.org/10.1016/j.enpol.2008.09.059.