미국 핵발전 사업, 클린에너지 바람 타고 개발 활발

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미국 핵발전 사업, 클린에너지 바람 타고 개발 활발

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• 뉴욕무역관 정진수
• 2023-05-15
• 출처 : KOTRA

Keyword#웨스팅하우스 #SMR #AP300 #AP1000 #원자력발전소 #뉴스케일파워 #두산에너빌리티 #핵융합 #Fusion #헬리온에너지

웨스팅하우스, 2027년 상용화 목표로 AP300 발표

소형모듈원자로 상용화 단계 진입

핵융합 발전분야 투자 활발

지난 5월 4일 웨스팅하우스(Westinghouse)가 소형 모듈러 원자로 AP300을 2027년에 상용화하겠다는 계획을 발표했다. AP300은 웨스팅하우스의 플래그십 모델인 AP1000의 소형 버전으로 AP1000을 운용하는 데 사용된 모든 기술을 집약해 소형화한 것이다. AP300의 출력은 AP1000의 약 3분의 1 수준인 300㎿로 이는 30만 가구에 공급할 수 있는 전력량이다. AP300은 유닛당 건설비용이 10억 달러 정도 예상돼 AP1000이 68억 달러에 비해 투자 대비 효율이 높다. 웨스팅하우스가 AP300을 2027년에 착공하려면 원자력규제위원회(Nuclear Regulatory Commission, NRC)의 승인이 필요하나 웨스팅하우스의 데이비드 더럼(David Durham) 대표는 CNBC와의 인터뷰에서 “NRC가 이미 우리가 사용할 모든 기술을 승인했기 때문에 사실상 승인받은 것이나 다름없다”라고 자신했다.

<웨스팅하우스의 AP300>

[자료: 웨스팅하우스 홈페이지]

다재다능한 소형 모듈러 원자로(SMR)

원자력 분야 전문 변호사이자 1998년부터 약 9년간 미국 원자력규제위원회의 위원장을 지냈던 제프리 메리필드(Jeffrey S. Merrifield)는 CNBC와의 인터뷰에서 “기존의 원자력 발전소는 대용량 발전을 위한 발전소가 대부분으로 한 번의 사고가 큰 피해로 이어져 사회적 거부감이 있는 것이 사실이다. 그러나 최근 원자력 발전 트렌드는 SMR로 소형 발전이 가능하게 되면 위험성이 크게 낮아지고, 지역과 규모를 떠나 다양한 장소와 시설에 적용할 수 있기 때문에 이점이 크다. 또한 원자력은 탄소가 전혀 발생하지 않는다는 점에서 최근 탄소 감축 노력에 적합한 발전 방법이라 업계가 주목하고 있다”라고 말했다. 그는 “미국의 복잡한 전력망 상황을 고려했을 때 새롭게 발전소를 건설해 추가할 경우 완공까지 오랜 시간이 걸린다. 그러나 AP300 같은 경우 공장에서 대부분 제작돼 현장에서는 조립만 하는 개념으로, 공사 기간을 단축하고 비용을 절감할 수 있다는 점에서 매력적이다. 석탄 발전소와 비슷한 규모의 시설과 발전 용량을 갖추고 있어 기존의 수명을 다한 석탄 발전소 부지에 건설할 수 있다면 기존의 공급망을 이용해 건설 시점에서 전력 공급 시점까지 간격을 줄일 수 있다는 것 또한 큰 장점이다”라고 덧붙였다.

<NRC로부터 최초로 승인 받은 뉴스케일파워의 SMR>

[자료: 뉴스케일파워]

웨스팅하우스 외에도 뉴스케일파워, 테라파워 등이 SMR 상용화에 박차를 가하고 있다. 2013년 뉴스케일파워는 미국 원자력규제위원회로부터 경수로형 SMR을 승인받은 바가 있으며, 2029년 운전을 목표로 제작을 시작했다. 우리나라 기업 두산에너빌러티가 2019년 지분투자를 하며 기자재 공급권을 확보해 협력사로 있으며, 지난해 말 상부원자로 압력용기를 발주받았다고 발표했다. 월드뉴클리어뉴스는 지난 5월 5일, 두산에너빌리티가 뉴스케일파워의 VOYGR-6의 사용할 부품을 생산하는 모습을 보도해 업계의 이목이 쏠렸다.

<두산에너빌리티의 상부원자로 압력용기 제작 모습>

[자료: World Nuclear News]

핵융합(Nuclear Fusion) 개발 관심과 투자 집중

핵분열 발전에 반대되는 개념인 핵융합 발전 분야도 투자가 활발하다. 오픈AI의 대표 샘 알트만(Sam Altman)이 투자해 유명세를 탄 헬리온에너지(Helion Energy)는 지난 5월 10일 마이크로소프트와 2028년부터 핵융합 발전 방식으로 50MW 에너지 공급 계약을 했다고 발표했다. 마이크로소프트의 브레드 스미스(Brad Smith) 사장은 지난 5월 10일 월스트리트저널과의 인터뷰에서 “핵융합 기술 발전이 낙관적이라고 확신하고 계약했다”라고 밝혔다. 월스트리트저널은 지금까지 핵융합 발전을 통해 전력이 생산된 적이 없다는 점에서 이 같은 계약은 상당히 과감하다고 보도했다. 헬리온에너지는 민간업체 최초로 핵융합로 내부의 플라즈마 온도는 1억 도까지 달성한 기업으로 만약 2028년 공급에 실패할 경우 페널티를 내겠다는 계약 조건이 있어 개발에 자신감을 보였다. 샘 알트만은 인터뷰에서 “단순히 환상적인 기술을 구현하는 데 그치는 것이 아니라, 전 세계에 값싼 전기를 공급하겠다는 현실적인 목표를 갖고 있다”라고 말했다. 샘 알트만 대표는 지금까지 3억7500만 달러를 헬리온에너지에 투자했으며, 내년까지 프로토타입을 선보일 계획이라고 밝혔다.

<헬리온에너지의 핵융합 시뮬레이션>

[자료: 헬리온에너지]

미국 핵융합산업협회(Fusion Industry Association)에 따르면 지난해까지 50억 달러 이상이 민간 자금이 핵융합 분야에 투자됐다. 지난해 12월 미국 에너지부가 로렌스리버모어국립연구소(Lawrence Livermore National Laboratory)의 핵융합 반응에서 에너지를 만드는 데 사용된 것보다 더 많은 에너지를 생산하는 데 성공한 후 업계는 더욱 활기를 띠기 시작했다. 

블룸버그는 지난 4월 핵융합 스타트업 7군데를 소개하며 지금부터 50년 후인 2073년에는 핵융합을 통한 발전이 주를 이룰 것이라고 보도했다. 시애틀 기반의 잽에너지(Zap Energy Inc.)는 워싱턴대학교(University of Washington)와 LLNL(Lawrence Livermore National Laboratory)이 합작해 만든 기업으로 2030년에 상용화를 목표로 개발 중이며, 빌 게이츠 같은 미국 부호들로부터 2억 달러 이상 자금을 조달받았다. 캘리포니아에 위치한 태테크놀로지스(TAE Technologies Inc.)는 1998년에 설립돼 지금까지 12억 달러를 투자받았으며, 80ft 길이의 장치에서 플라즈마를 가열하고 안정시키는 방법을 개발 중이다. 매사츄세츠주에 위치한 커먼웰스퓨전시스템스(Commonwealth Fusion Systems)는 MIT대학교의 스핀오프 기업으로, 데니스 와이트(Dennis Whyte) 교수의 퓨전 디자인 수업에서 시작됐다. 도넛 모양의 토카막을 통해 핵융합 기술을 개발하고 있으며 지금까지 22억 달러를 투자받았다. 이외에도 영국의 토카막에너지(Tokamak Energy Ltd.), 독일의 마블퓨전(Marvel Fusion GmbH), 캐나다의 제너럴퓨전(General Fusion) 등이 다양한 방법으로 핵융합 기술을 개발 중이다.

시사점

바이든 행정부는 지난 5월 11일 발전소의 탄소 발생 기준을 새롭게 발표했다. 천연가스 발전소, 석탄 발전소 등의 화력 발전소는 탄소 포집 시스템을 설치하거나 청정에너지로 원료를 바꿔야 한다. 월스트리트저널은 새로운 기준은 너무 엄격해서 일부 석탄 발전소의 경우 기준을 맞추지 못해 문을 닫아야 하는 실정이라고 보도했다. 미 환경청 마이클 리건(Michael Regan) 청장은 “우리 환경청은 대기오염방지법(Clean air act)을 근거로 장래의 미국 시민들의 건강을 지키고 공해로부터 보호할 것”이라고 말해 발전소의 탄소 감축에 대한 강한 의지를 보였다.

에너지 관련 기업 전문 투자가 A씨는 KOTRA 뉴욕 무역관과의 인터뷰에서 “탄소 감축의 이유로 화력 발전소들의 문을 닫을 경우 그 공백은 원전이 차지하게 될 확률이 높다. 풍력이나 태양열도 청정에너지이기는 하나, 날씨의 영향으로 출력이 일정하지 않기 때문에 원전 같은 안정적인 공급원이 시장의 강자로 떠오르고 있다. 또한 최근 AI 기술이 발전하면서 핵융합 기술에 접목돼 몇 년 사이에 급격한 진보를 이뤄 핵융합 분야에 대한 투자가 활발하다. 한국도 관련 분야에서는 세계적인 기술을 갖추고 있어 해당 분야의 해외 진출 전망이 밝다”라고 말했다.

자료: CNBC, Bloomberg, Wall Street Journal, AP news, US Nuclear Regulatory Commission, Westinghouse, Helion Energy, Nuscale Power, World Nuclear News, Fusion Industry Association, KOTRA 뉴욕 무역관 자료 종합