Ⅰ. 세계 주요국 전력시장에서 원전이 생존하기 어려운 이유 [석광훈]

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Ⅰ. 세계 주요국 전력시장에서 원전이 생존하기 어려운 이유

석광훈 (에너지전환포럼 전문위원)

이 글은 2026년 8월 9일 원전공익정보센터 위원회 줌(Zoom) 회의에서 진행된 석광훈 에너지전환포럼 전문위원의 강연 내용입니다.

들어가며

이 글은 세계 재생에너지가 얼마나 빠르게 성장하고 있는지, 그리고 그 속에서 원전이 신규 건설과 기존 가동 양쪽에서 왜 점점 더 설 자리를 잃어가고 있는지를 살펴본다.

논의는 세 갈래로 나누어 진행한다. 첫째는 안전규제 강화에 따른 건설 지연이고, 둘째는 재생에너지가 주도하는 전력망에서 원전을 확대할 때 생기는 경제적 문제이며, 셋째는 같은 상황에서 나타나는 기술적 문제다. 다소 복잡한 내용도 있지만 최대한 단순화해서 설명한다.

1. 세계 재생에너지, 무서운 속도로 늘어나고 있다

국제에너지기구(IEA)가 지난해 말 내놓은 〈세계에너지전망(World Energy Outlook) 2025〉 명시적 정책시나리오(STEPS)를 보면, 2025년 세계 발전량에서 원전과 풍력, 태양광의 비중이 거의 같은 수준(약 8.4~8.8%)까지 따라잡혔다. 그런데 2026년을 기점으로 태양광과 풍력이 각각 원전을 추월하기 시작하고, 2034년이 되면 태양광이 석탄까지 넘어서 세계 최대 단일 발전원이 될 것으로 전망된다. 원전은 중국의 신규 건설 덕분에 발전량 자체는 소폭 늘어나지만, 전체 발전량에서 차지하는 비중은 계속 줄어들어 2035년에는 9% 수준에 머물 것으로 보인다.

그림 1. 세계 발전원별 발전량 실적과 전망 (출처: IEA, World Energy Outlook 2025)

이런 추세를 가장 극적으로 보여주는 지표가 태양광 설비 증가 속도다. 2000년에는 전 세계 태양광 발전설비 총량이 1.2GW에 불과했지만 2022년에 1,000GW를 넘겼고, 2024년에는 2,000GW를 돌파했다. 그리고 채 1년 반이 지나지 않은 2026년 4월 기준으로는 이미 3,000GW를 넘어섰다.

그림 2. 세계 태양광 누적 설비용량 추이 (출처: Energy Institute/Ember)

이 속도를 다른 방식으로 보면 더 실감이 난다. 전 세계에서 태양광 설비 1GW를 새로 짓는 데 걸리는 시간이 2004년에는 1년이었는데, 2010년에는 1개월, 2015년에는 1주일, 2023년에는 하루로 줄었고, 지금은 하루에 2GW씩, 즉 12시간에 1GW씩 지어지고 있다. 참고로 원전은 1.4GW급 1기를 짓는 데 최소 15년 가까이 걸린다. 태양광이 반도체 산업과 마찬가지로 실리콘 웨이퍼 기반의 대량생산 구조를 갖고 있어서, 반도체가 걸어온 것과 비슷한 기하급수적 성장 곡선을 그리고 있다고 볼 수 있다.

그림 3. 세계 태양광 1GW 증가 소요시간 변화 (출처: Energy Institute Statistical Review of World Energy 2026 / S&P Global Energy 2026)

이렇게 빠르게 느는 이유는 간단하다. 태양광과 육상풍력이 이미 모든 대륙에서 가장 저렴한 발전원이 됐기 때문이다. IEA 자료를 보면 미국에서는 원전 발전단가가 태양광의 약 두 배, 유럽에서는 약 세 배에 이른다. 중국과 인도에서도 사정은 크게 다르지 않다.

그림 4. 대륙별 균등화발전비용 비교 — 태양광·풍력이 가장 저렴 (출처: IEA, World Energy Outlook 2025)

2. 유럽·미국·중국, 전력시장은 이미 재편되고 있다

유럽은 정책적으로 가장 적극적으로 재생에너지를 확대해 온 지역이다. 특히 2022년 우크라이나 전쟁을 계기로 가스 발전 비중이 19.1%에서 16.1%로 낮아졌고, 태양광·풍력 비중은 22.3%에서 30.1%로 높아졌다. 이 기간 원전 발전량도 다소 늘었지만, 이는 신규 원전이 늘어서가 아니다. 2022년 프랑스 원전 가운데 절반이 넘는 약 30기가 냉각배관의 응력부식균열 문제로 장기간 가동을 멈췄다가, 이후 순차적으로 복구되면서 발전량이 과거 수준에 가깝게 정상화된 결과일 뿐이다.

그림 5. EU-27 연간 전력믹스 변화, 2021~2025 (출처: Eurelectric, Elda 연간 전력데이터)

미국도 마찬가지다. 2025년 한 해에만 태양광이 34GW, 2026년에는 50GW가 늘어날 전망인 반면, 원전은 신규 건설이 사실상 멈춰 98GW 안팎에서 정체돼 있다. 발전량 기준으로는 이미 태양광과 풍력을 합쳐 18.7%, 수력·바이오까지 합치면 약 22%가 재생에너지다.

그림 6. 미국 발전원별 발전량 변화, 2015~2025 (출처: US EIA, Electric Power Monthly)

중국은 규모 자체가 다르다. 2025년 한 해에만 태양광이 314GW, 풍력이 약 120GW 늘었는데, 이는 미국과 유럽을 합친 것보다도 많은 양이다. 중국 국가발전개혁위원회(NDRC)는 매년 성(省)별로 태양광·풍력 발전 비중 목표를 부여하는데, 2025년 국가 평균 목표(20.8%)를 이미 넘어 22.1%를 달성했다. 국토 면적과 인구(약 8천만 명), 철강·반도체·자동차 중심의 산업구조까지 우리나라와 비슷한 장쑤성(江蘇省)만 보더라도 태양광·풍력 합계가 21.2%로 목표(19%)를 초과 달성했다.

그림 7. 중국의 재생에너지·원전목표 대비 실적 (출처: 중국 국가발전개혁위원회 제13~15차 5개년 경제개발계획)

3. 안전규제가 강화되면서 원전 건설이 세계적으로 막히고 있다

(1) 유럽 — 표준화된 규제가 부른 공기 지연과 비용 폭등

유럽은 유럽원전안전규제그룹(ENSREG)을 통해 각국 규제기관이 후쿠시마 사고 이후 한층 강화된 동일한 안전기준을 공유한다. 그 결과 핀란드·프랑스·영국 어디에서 짓든 건설 지연과 비용 폭등을 피하지 못하고 있다. 영국 힌클리포인트 원전은 2024년 1월, 건설 기간이 4년 더 늘고 비용은 2기 기준으로 약 460억 파운드(약 78조 원)까지 불어난다고 발표됐다.

그림 8. 영국 힌클리포인트 원전 건설일정 변경 보도 (출처: Financial Times, 2024.1.24)

사업 관계자의 설명에 따르면, 영국 안전규제를 충족시키기 위해 설계를 7,000건이나 변경해야 했고, 그 결과 철근은 35%, 콘크리트는 25% 더 투입해야 했다.

그림 9. 힌클리포인트 원전, 안전규제로 인한 설계변경 7,000회

핀란드 올킬루오토 3호기(2005년 착공, 2023년 준공), 프랑스 플라만빌 3호기(2007년 착공, 2024년 준공), 미국 보글 3·4호기(2012년 착공, 2024년 준공), 영국 힌클리포인트 C 1·2호기(2017년 착공, 2030년 준공 예정)를 나란히 놓고 보면, 착공에서 준공까지 15~20년이 걸리고 MW당 건설단가가 136억~239억 원에 이른다. 이 과정에서 아레바(프랑스)가 파산했고, EDF는 재정위기를 겪다 2023년 프랑스 정부에 의해 완전 국영화됐으며, 웨스팅하우스(미국)는 2016년 파산했다.

그림 10. 최근 해외 신규원전사업 비용상승 추세 비교

(2) 미국 — 더 안전한 원전을 만들려다 파산에 이른 웨스팅하우스

스리마일섬 사고(1979)와 체르노빌 사고(1986) 이후 미국 원전시장이 사실상 붕괴됐고, 이를 만회하기 위해 미국 에너지부와 전력사업자, 원자로 공급자가 공동으로 '더 안전한' 차세대 경수로(ALWR) 개발에 나섰다(1989~1998). 그렇게 나온 AP1000조차 정작 건설 단계에서는 전력사업자 컨소시엄(NuStart)의 요구로 2023년까지 약 20회 설계가 변경됐다. 반복된 설계 변경과 공기 지연으로 비용이 폭등하면서, 결국 웨스팅하우스는 2016년 파산했다.

이는 안전규제 기관의 요구만이 아니라 전력시장 스스로가 요구하는 안전 수준 자체가 계속 높아지고 있다는 뜻으로 읽어야 할 대목이다.

그림 11. 미국 AP1000 원전 건설이 실패한 이유

(3) 중국 — 세계 최다 건설국이지만 목표에는 못 미친다

중국은 세계에서 건설 중인 원전 63기 가운데 35기를 차지할 만큼 압도적인 비중을 보이지만, 실제로는 목표 대비 계속 지연되고 있다. 2020년 목표 58GW 중 50GW로 14% 미달했고, 2025년 목표 70GW 중 62.5GW로 11% 미달에 그쳤다.

프랑스의 옛 M310 원전을 개량한 화룽(HPR1000)과 미국 AP1000을 개량한 CAP1000/1400, 두 가지로 표준화가 이제 막 시작된 단계이고, 재생에너지처럼 여러 부지에서 동시에 짓는 '양산의 경제(economy of mass production)'가 원전에는 아직 없기 때문이다. 이 때문에 세계 최대 원전 건설국인 중국에서조차 원전의 전력공급 비중은 항상 5% 이내에 머물러 있다.

4. 재생에너지가 주도하는 전력망에서 원전을 늘릴 때 생기는 경제적 문제

태양광과 풍력이 늘면서 유럽 전역에서 '네거티브 가격' 빈도가 급격히 늘고 있다. 전력 수요보다 공급이 많아지는 시간대에는 도매가격이 마이너스로 떨어지는데, 그 시간에 발전하는 사업자는 오히려 요금을 지불해야 한다. 2025년 한 해 프랑스는 509시간, 스페인은 556시간, 독일은 573시간, 핀란드는 무려 679시간 동안 이런 네거티브 가격이 발생했다. 1년이 8,760시간이니 전체 시간의 6~8%에 이르는 셈이다.

그림 12. 2025년 유럽 전력시장의 네거티브 가격 발생 빈도 (출처: Montel Analytics)

이 시간은 해마다 눈덩이처럼 불어나고 있다. 프랑스만 보면 2023년 146시간이던 것이 2024년 350시간, 2025년 509시간으로 매년 거의 배 가까이 늘고 있다.

낮 시간대 전력 수요 패턴도 완전히 바뀌었다. 과거에는 냉방 수요가 몰리는 정오 무렵이 하루 중 피크였지만, 태양광이 늘면서 낮 시간대 잔여수요(태양광·풍력을 제외한 나머지 수요)가 오히려 뚝 떨어지고, 태양광이 지는 저녁 시간이 새로운 피크로 자리 잡았다. 프랑스에서 주중 오후 저점과 저녁 피크 사이의 격차는 2013년 1,048MW에서 2024년 6,346MW로 여섯 배 가까이 벌어졌다.

이런 상황에서 원전이 할 수 있는 선택은 사실상 출력을 줄이거나 아예 멈추는 것뿐이다. 프랑스전력공사(EDF)는 지난해 원전 발전실적 대비 이미 약 10%에 해당하는 물량을 출력감발로 포기했다. 그런데 프랑스의 3차 에너지다년계획(PPE3)에 따르면, 이 출력감발량은 2035년에 원전 발전량의 30%까지 늘어날 전망이다.

그림 13. 프랑스의 태양광 목표와 원전 출력감발 추세 (출처: RTE-France 수급전망보고서, EDF 원전 출력감발 특별보고서)

민간기업이었다면 파산을 걱정해야 할 수준이지만, EDF가 국영기업이기 때문에 버티고 있는 것이다. 이 손실이 너무 커서 EDF는 태양광 건설 목표 자체를 낮추라고 정치적으로 로비를 벌였고, 실제로 2035년 태양광 목표는 90GW에서 80GW로 축소됐다. 원전이 국내 전력시장을 좌우할 만큼 막강한 프랑스조차 재생에너지의 경제성 앞에서 결국 계획을 축소한 것이다.

반면 우리나라는 프랑스보다 원전 비중은 낮지만 고립계통이라 잉여전력 수출이 불가능하고, 원전 불시정지로 인한 정전 위험을 막기 위해 막대한 가스발전 운전예비력을 계속 유지해야 한다. 프랑스는 2038년까지 신규 원전이 없는데, 국내는 이미 4기가 건설 중이고 추가로 2기와 SMR까지 계획하고 있어 공급과잉과 좌초자산화 우려가 더 크다.

5. 기술적 문제 — 원전은 왜 '최대 전원 상실 사고'의 골칫거리가 되는가

전력망에는 '최대 전원 상실 사고(largest contingency)'라는 개념이 있다. 전력망에서 가장 큰 발전기 1~2기가 동시에 고장 났을 때도 정전이 일어나지 않도록 나머지 발전기들이 예비력을 준비해 두는 것이다. 어느 나라에서든 원전이 대체로 가장 큰 단위 발전기이기 때문에, 이 기준 발전기는 대부분 원전이다.

과거에는 가스 발전기 수십 기가 상시 가동되면서 자연스럽게 운전예비력 역할을 했기 때문에 이 문제가 크게 부각되지 않았다. 그런데 태양광이 늘어나면서 '경제급전 원칙'(연료비가 싼 순서대로 발전기를 가동하는 원칙)에 따라 연료비가 가장 비싼 가스 발전기부터 먼저 가동이 중단된다. 그러면 운전예비력이 줄어들고, 만약 그 시간대에 원전이 불시정지하면 정전으로 이어질 위험이 커진다. 그래서 태양광이 정상 출력을 내는 시간대에는 거꾸로 원전 쪽에서 미리 출력을 줄여야 하는 역설적인 상황이 벌어진다.

핀란드가 대표적인 사례다. 지난 10년 동안 육상풍력 비중이 2%에서 27%로, 올킬루오토 원전 준공으로 원전 비중이 35%에서 39%로 함께 늘면서 가스·석탄 비중은 24%에서 3%로 급감했다.

그림 14. 핀란드의 풍력·원전 병행 확대 결과, 2015 vs 2025 (출처: Low Carbon Institute / Fraunhofer Institute)

문제는 핀란드 전력망이 스웨덴과의 연계선을 통해서만 외부와 연결돼 있는데, 이 연계선의 즉시 공급 가능 용량이 1,200MW인 반면 올킬루오토 3호기의 용량은 1,600MW라는 데 있다. 400MW가 모자라는 것이다. 그래서 핀란드 송전계통운영자 핀그리드(Fingrid)는 발전사업자 TVO에 별도로 300MW의 예비력을 스스로 확보하라고 지시했고, TVO가 부당하다며 이의를 제기했지만 2025년 법원은 이 조치가 정당하다고 최종 판결했다.

우리나라는 핀란드보다 훨씬 더 불리한 조건이다. 핀란드는 그나마 스웨덴과 연결돼 있지만, 우리나라는 완전히 고립된 전력망이다. 만약 신한울 1·2호기나 새울 1·2호기처럼 1,500MW급 원전 2기가 동시에 멈추면, 이 3,000MW를 수 초 안에 대부분 가스 발전으로 메워야 한다.

그림 15. 유럽 대비 최대전원 상실사고 예비력 문제 비교

태양광이 늘면서 가스 발전 가동량과 예비력이 함께 줄고 있으니, 원전의 불시정지 위험은 더 커질 수밖에 없다. 실제로 국내 원전 출력감발 횟수는 2020~2024년 5년 합계 23회였는데, 2025년 한 해에만 25회로 늘었다. 같은 기간 태양광 출력제어도 2025년 상반기에만 44회로, 전년 연간 실적의 두 배에 이르렀다.

2025년 3월 9일(토요일) 실적을 보면 이 문제가 선명하게 드러난다. 휴일이라 수요는 낮은데 태양광은 정상 출력을 내면서, 원전은 새벽 25.7GW에서 낮 시간 23.8GW로 출력을 줄여야 했다. 심지어 전력거래소는 예비력을 확보하기 위해 정상적으로는 가동을 멈춰야 할 가스 발전기 일부를 인위적으로 붙잡아 두기도 했다.

그림 16. 국내 원전 출력감발·태양광 출력제어 실적 (2025.3.9, 출처: 한국전력거래소)

태양광과 원전이 같은 전력망 안에서 서로의 출력을 깎아 먹는 '제로섬 게임'을 벌이고 있는 셈이다.

그림 17. 고립전력망에서 태양광과 원전의 충돌 구조

한수원은 2032년 말부터 2036년까지 원전 8기에 대해 '탄력운전'을 시도하고, 연간 원전 출력감발 허용 횟수를 현재 20회 이내에서 2027년부터 60회 수준으로 늘리겠다고 발표했다. 그러나 국내 원전은 미국 설계와 안전규제를 그대로 적용받고 있어서, 반세기 가까이 탄력운전 경험을 축적해 온 프랑스 원전과 달리 미국에서도 검증되지 않은 설계 변경과 안전규제 기준 변경이 필요하다. 이는 한수원 중앙연구원의 연구개발 과제로 시도해 볼 수는 있어도, 이를 근거로 전력수급계획이나 신규 원전 건설을 결정할 수는 없다. 탄력운전의 기술적·규제적 쟁점은 이 책 4장에서 자세히 다룬다.

6. 재생에너지에 적응하는 전력시장이 미래다

결국 이 문제를 푸는 열쇠는 공급 측과 수요 측 양쪽의 유연성이다. 공급 측에서는 양수발전과 배터리(BESS) 같은 무탄소 유연자원이 가스 발전의 역할을 점진적으로 대체해야 하고, 수요 측에서는 시간대별·지역별로 차등화된 혁신적인 요금제를 통해 수요 자체를 유연하게 움직여야 한다.

우리나라도 이미 그 필요성이 데이터로 드러나고 있다. 국내 태양광이 낮 시간 최대전력수요를 줄이는 효과는 2025년 기준 총 19.3GW(시장 참여 태양광 5.4GW + PPA·자가용 태양광 13.9GW)에 이른다. 그 결과 과거 낮 시간대에 벌이던 냉방 절전 캠페인은 이제 필요 없어졌지만, 대신 태양광이 지는 저녁 시간대의 새로운 피크를 어떻게 관리할 것인가가 남은 과제가 됐다.

그림 18. 국내 태양광의 최대전력수요 감축량 지속 증가 (출처: 한국전력거래소, 2025.8.25 실적)

이런 변화에 가장 잘 적응한 사례가 영국의 옥토퍼스 에너지(Octopus Energy)와 미국 구글의 리뉴홈(Renew Home)이다. 이들은 머신러닝과 IT 기술로 기상청보다 정교한 기상 예측, 전력거래소보다 정교한 수요·재생에너지 출력·배전용량 예측을 하고, 원격·자동제어 기술과 혁신 요금제를 결합해 재생에너지 출력제어를 최소화하면서 망 이용률을 극대화하고 있다.

그림 19. 영국 전력판매시장 점유율 변화 (출처: 영국 전력가스규제청(OFGEM), 2025)

옥토퍼스 에너지는 2015년 영국 전력판매시장에 뛰어든 지 채 10년이 안 돼 시장점유율 24.5%로 1위 사업자가 됐고, 브리티시 가스 같은 전통의 강자들을 밀어냈다. 최근에는 혁신 요금제로 전기차 26만 대를 확보해 저녁 피크 수요를 특별관리하고 있다. 이미 일본 전력시장에도 진출해 있다.

맺으며

지금까지 살펴본 것처럼 원전이 어려움을 겪는 이유는 안전 문제 하나만이 아니다. 안전규제 강화로 신규 건설 자체가 세계적으로 비싸고 느려졌다는 점, 그리고 재생에너지가 주도하는 전력망에서는 원전을 확대할수록 경제적으로도 기술적으로도 원전 스스로가 감당하기 어려운 비용과 위험을 떠안게 된다는 점, 이 두 가지가 함께 작동하고 있다.

특히 우리나라처럼 완전히 고립된 전력망을 가진 나라는 핀란드보다도 더 불리한 조건에 놓여 있다. 이미 국내 원전 출력감발과 태양광 출력제어 횟수가 매년 늘고 있고, 이 추세라면 앞으로 2~3년 안에 지금 방식의 원전 운영이 정상적으로 유지되기 어려워질 것이다. 그런데도 신규 원전 건설은 계속 추진되고 있다.

이 문제에 대해서는 기술적인 사실을 있는 그대로 알리고, 이를 바탕으로 한 공론화가 반드시 필요하다.

글; 석광훈 (에너지전환포럼 전문위원)

출처; 원전위험공익정보센터 줌 강연 편집 (2026-08-09)