대한민국 원자력 발전소

[마인드무브]

대한민국 원자력 발전소

우리나라는 1958년 공표한 원자력법을 기반으로, 에너지의 안정적 수급을 위해 원자력발전을 도입했다.

1978년 4월 고리원전 1호기가 첫 상업운전을 시작한 이후 원자력발전소를 지속적으로 건설해 왔고,

현재 총 21기의 원자력발전소를 운영하고 있다.

설비용량은 1,872만kW로 미국, 프랑스, 일본, 러시아, 독일에 이은 세계 6위의 규모이다.

2009년도의 국내 원자력발전량은 1,478억kWh로 국내 총 발전량의 34.1%를 차지했으며,

이는 서울시가 약 3.5년간, 국내 전 가정이 약 3년간 사용할 수 있는 전력량에 해당한다.

현재 가동 중인 21기의 원자력 발전소는 4개 지역에 나뉘어 있다.

우리나라 최초로 상업운전을 시작한 고리 원자력 발전소(5기)는 부산시 기장군에,

국내 유일의 가압중수로형의 월성 원자력 발전소(4기)는 경주,

영광 원자력 발전소(6기)는 전남 영광군,

울진 원자력 발전소(6기)는 경북 울진군에 자리했으며,

모두 해안 지역에 위치하고 있다.

이 외에 신고리 2~4호기, 신월성 1, 2호기, 신울진 1, 2호기 등 총 7기의 원자력발전소를 건설하고 있다.

1 운전/건설 중인 국내 원자력 발전소의 위치

2 고리 원자력발전소 3 영광 원자력발전소 4 울진 원자력발전소 5 월성 원자력발전소

원자력 발전의 원리
모든 물질을 구성하는 원자는 양성자와 중성자로 된 원자핵과 그 주위를 돌고 있는 전자로 구성된다.

우라늄, 플루토늄과 같이 무거운 원자핵이 중성자를 흡수하면 원자핵이 쪼개지는데, 이를 핵분열이라고 한다.

무거운 원자핵이 분열하면 많은 에너지와 함께 2~3개의 중성자가 나오고,

이 중성자가 다른 무거운 원자핵과 부딪치면 또다시 핵분열이 일어난다.

이런 식으로 계속해서 핵분열이 이어지는 것을 핵분열 연쇄반응이라고 하며,

이 과정에서 생기는 막대한 에너지가 바로 원자력이다.

우라늄 1그램이 분열할 때 생기는 에너지는 석유 9드럼, 석탄 약 3톤이 완전 연소할 때 생기는 에너지와 맞먹는다.

즉, 우라늄은 석탄보다 약 3백만 배의 열을 낸다고 할 수 있다.

원자력발전은 이 열로 만든 증기의 힘으로 터빈을 돌려 전기를 일으키는 것이다.

국내 원자력 발전소의 특징

원자력발전소의 핵심 설비인 원자로는 크게 ‘경수로’와 ‘중수로’로 나누고,

핵분열을 일으키는 중성자를 감속시키는 감속재와 에너지를 이용하는 방법 등에 따라

가압경수로(경수로), 가압중수로(중수로), 흑연로, 비등경수로, 고속증식로(증식로) 등으로 구분한다.

중수로는 연료로 천연우라늄을, 감속재로 중수를 사용하며, 경수로는 연료로 농축우라늄을, 감속재로 경수를 쓴다.

국내에서는 가압경수로와 가압중수로 2가지 형태의 원자로를 운영 중이다.

총 21기의 원자로 중 17기(울진 6, 고리 5, 영광 6)가 가압경수로이며

월성의 4기는 가압중수로이다.

가압경수로

현재 세계 원전의 60% 정도를 차지하고 있는 원자로형이다.

냉각재와 감속재로 일반 물인 경수(H2O)를 사용하며,

연료로는 핵분열이 가능한 우라늄 235가 2~5% 들어 있는 저농축우라늄을 사용한다.

냉각재(물)에 높은 압력을 가해 고온(약 300℃)에서도 액체상태를 유지하도록 하며,

이것이 열교환을 통해 2차 계통의 물을 증기로 만든다.

가압경수로는 원자로와 증기발생기가 격납건물 안에 있으며,

원자로를 순환하는 1차 계통(방사성물질 포함),

증기발생기를 순환하는 2차계통(방사성물질이 들어 있지 않은 물),

그리고 복수기를 순환하는 3차계통(방사성물질이 들어 있지 않은 바닷물)으로 구성되어 있다.

원자로 속에 들어 있는 냉각재에 압력을 가해 150기압 300℃ 정도를 유지하고,

이 냉각재가 증기발생기 세관을 통과하면서 증기발생기 측의 물을 끓여 수증기를 만들어 터빈을 돌리게 되어 있다.

터빈을 돌리고 난 증기는 복수기를 통과하면서 다시 물이 되어 증기발생기로 보내진다.

한국 원자로의 구조도 (PWR - 가압경수로형)

비등경수로

가압경수로와 더불어 비교되는 것이 비등경수로이다.

전체 원전의 22% 정도를 차지하고 있으며, 일본 후쿠시마에서 사용된 원전형태이다.

냉각재와 감속재로 경수를 사용하며,

연료로 우라늄 235가 2% 들어 있는 저농축우라늄을 사용하고 있는 점은 가압경수로와 유사하다.

그러나, 가압경수로는 증기발생기에서 열교환되어 터빈, 발전기를 구동시켜 전기를 생산하는 반면

비등경수로는 원자로에서 발생한 증기가 직접 터빈, 발전기를 구동시켜 전기를 생산하는 구조라는 차이가 있다.

가압경수로는 원자로에 물이 가득 차 있으므로 연료봉 온도가 천천히 상승하며,

제어봉이 원자로 위쪽에 설치되어 있어 전력공급이 중단되어도 중력에 의해 동작하고,

격납용기가 크므로 만약의 경우 대처 시간이 충분하다는 안전 상의 장점을 가지고 있다.

반면에 비등경수로는 가압경수로와 달리 냉각재가 직접 비등해 증기가 되므로

높은 압력을 유지할 필요가 없다는 장점이 있으나,

원자로 계통과 터빈 계통이 완전히 분리되지 않아서 방사선 차폐가 어렵다는 단점이 있다.

일본 원자로의 구조도 (BWR - 비등경수로형)

가압중수로

캐나다에서 개발하여 캔두(CANDU) 라고도 불리는 원자로로 냉각재와 감속재로 중수(D2O)를,

연료로는 천연우라늄을 사용하는 것이 특징이다.

천연우라늄을 연료로 쓰고 있어 핵분열 확률을 높여주기 위해,

감속재로 경수보다 중성자의 속도를 더 잘 감속시켜주는 중수(보통의 물보다 분자량이 큰 물)를 사용한다.

보통 별도의 운전정지 없이 매일 일정량을 교체하기 때문에 경수로보다 연료의 이용률이 높다.

원자력 발전소 안전 관리와 원자력 발전의 미래

원자력발전의 가장 큰 취약점은 방사선이 나오는 데 있다.

때문에 원자력발전소에서는 운전 중은 물론 정지 시에도 방사선 및 방사성폐기물 등을 철저하게 관리하고 있다.

원자력발전의 안전 개념은 운전 중에 이상이 발생하지 않도록, 이상이 생겨도 사고로 확대되지 않도록 하며,

만에 하나 사고가 발생하더라도 주변에 영향이 없도록 하는 것이다.

원자력의 생산과 이용에 따른 방사선 재해로부터 국민을 보호하기 위해 설립된 한국 원자력 안전기술원에서는

홈페이지를 통해 방사능 방재대책에 대한 내용을 제공하고 있다.

한국형 원전 APR 1400의 내부단면도

원전기술 자립을 위해 우리나라 자체 기술로 개발한 가압 경수로형 원전인 한국 표준형 원전은

세계 최고의 운영 실적과 풍부한 건설 및 운영경험을 바탕으로 한 국제경쟁력을 가지고 있다.

발전소 운영능력을 나타내는 이용률(연간 총 발전량 / 설비용량 X 24시간 X 365일) 면에서도

세계 평균(79.4%)을 훨씬 뛰어넘는 93.3%(2008년)를 기록하는 등

세계 최고 수준의 안전성과 운영능력을 보여주고 있다.

우리나라의 원자력발전은

원전의 설계부터 기기제작, 건설, 연료, 운영 및 유지보수까지 전단계(Nuclear Life Cycle)에 걸쳐

강력한 공급체인을 보유하고 있으며, 차세대 수출 산업으로 떠오르고 있다.

글/사진 한국원자력문화재단