인류의 에너지 미래 - 원자력 발전

에너지원과 이를 활용하는 기술은 강한 힘입니다

  에너지는 인간을 인간답게 만드는 가장 큰 외적 요인중 하나입니다. 불을 직접 만들 수 있게 된 이래로 에너지를 이용한 인간의 문명은 큰 발전을 이루었습니다. 불을 이용하여 밤을 밝히고 추위를 이겨내며 물질을 제련하게 된 것입니다. 현대에 들어서 에너지에 대한 의존도는 더욱 심해졌습니다. 현대 문명을 이루고 있는 그 어떠한 물건도 전기가 없이는 존재할 수 없습니다. 바로 눈 앞에 있는 목제 가구물도 전기를 이용하여 가공했으며 석유를 이용하는 자동차도 전기를 사용하는 공장에서 만들어 진 물건이지요.

  특히 에너지는 경제와 깊은 관련이 있습니다. 그 어떠한 현대 경제활동도 전기와 기름 없이는 이루어 질 수 없습니다. 공장을 돌리는 전기와 트럭과 선박, 그리고 기차를 움직일 기름이 없다면 생산과 물류가 정지되는 사태가 일어나게 되는 것이지요. 지난 2007년의 유류 파동은 엄청난 경제 성장을 이루어낸 중국이 자국 내의 에너지 소비량을 감당하기 위해  움직인 결과라고 보는 견해가 있을 정도입니다. 2003년의 미국과 이라크의 전쟁도 석유전쟁이라는 꼬리표가 달려 있지요. 또한 앞으로의 4차산업혁명이 도래하면 전기사용량은 급증할 것입니다.

  이제까지 한 국가의 강약을 평가하는 지표로 군사력과 경제력을 사용했다면 앞으로는 에너지원의 매장량과 에너지 발전 기술력을 사용할 수도 있습니다. 최근 중국이 희토류 자원을 무기처럼 사용하는 것 뿐 아니라, 세계 20위 안에 드는 강대국인 한국과 일본이 리튬을 얻기 위해 볼리비아에 들인 노력은 유명한 이야기입니다. 중국의 희토류와 볼리비아의 리튬 모두 전기 에너지를 효율적으로 생산하고 관리하는데 필요한 핵심 소자라는 것을 생각하면 에너지 자원을 가지고 있다는 것이 얼마나 큰 강점인지 볼 수 있습니다. 볼리비아가 자력으로 리튬을 채광할 수 있었다면 중국처럼 배짱을 부릴 가능성도 있겠지요.

<우리나라에서 채택중인 가압수형 원자로 PWR 동작원리>

원자력 발전

  원자력 발전은 일찍부터 화력발전소를 대체할 발전기술로 주목받았습니다. 다른 어떠한 비 화력 발전에 비해 대용량 발전이 가능하기 때문이지요. 1954년 소련에서 최초의 상업적 원자력 발전소를 건설한 이후로 1986년의 그 사건이 일어나기 전까지 전 세계는 원자력 발전 붐이 일었습니다. 특히 제 1차, 2차 석유 파동을 겪으면서 원자력 발전은 안정적인 에너지 확보를 위한 최고의 선택이었습니다.

  그러나 인류의 비극중 하나인 1986년 체르노빌 원자력 발전소 폭발 이후로 십 수년간 단 하나의 원자력 발전소도 건설되지 않았습니다. 오히려 가동 중인 원자력 발전소를 폐쇠하는 지경에 이르렀지요. 국민들의 불안감 때문이기도 했지만 가장 큰 원인은 사고 이후 3배 가까이 뛰어 오른 원자력 발전소의 건설 비용 때문이었습니다. 원자력 발전소는 핵에너지라는 강력한 에너지원을 사용하고 있으며 부산물로 치명적인 방사능을 만들어냅니다. 체르노빌 원자력 발전소가 폭발한 이후 지금까지도 피해자가 있으며 아직도 해당 지역의 방사능 수치는 기타 지역보다 높을 정도입니다. 이러한 악몽의 재발을 막기 위해 발전소가 폭주하거나 기기 오작동을 일으켜도 폭발과 방사능 유출만큼은 반드시 막아야 하는 것이지요. 그 결과로 체르노빌 사건 이후 원자력  발전소에는 일정 수준 이상의 콘크리트 벽이나 긴급 정지 설비 및 각종 전자적인 보조장치 등을 필수적으로 갖춰야 했습니다.

2015/04/27 - [정 보/Generator] - 우리나라 원자력발전소는 안전할까?

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  원자력 발전소의 초기 건설 비용은 상당합니다. 2007년에 국내 모 기업이 1250MWh급 복합화력발전소를 5억달러에 수주했습니다. 그러나 2008년 미국에서 1100MWh급 원자력 발전소를 건설하는데에는 최소 60억달러를 예상했지요. 심지어 2008년 중순에 작성된 보고서에 따르면 위의 원자력 발전소 예상 건설 비용은 60억 달러에서 최고 120억 달러로 늘어났습니다. 2007년와 2008년의 환율 차이와 미국과 중동의 인력 차이도 있지만 원자력 발전소가 화력 발전소에 비해 얼마나 초기 비용이 많이 드는지 확인할 수 있습니다. 결국 각국은 석유를 구입하여 화력 발전소를 운영하는 것이 새로운 원자력 발전소를 건설하고 유지하는 것 보다 경제적 이라는 판단을 내렸습니다. 

<5중으로 된 방사능 차폐막. 마지막 차폐막은 두께 1미터가 넘은 철근콘크리트 덩어리입니다>

 그러나 이러한 판단은 석유가격이 천정부지로 뛰어 오른 최근에 와서 바뀌기 시작했지요. 가장 큰 변화는 아랍에미리트(UAE)의 원전 건설입니다. 산유국임에도 불구하고 원자력 발전을 택한것이죠. 현재 우리나라의 경우 1kWh의 전력을 생산하려면 약 120원에서 160원 상당의 석유나 천연가스, 혹은 석탄 50원어치를 사용해야 합니다. 그러나 원자력 발전은 약 37원정도면 1kWh의 전력을 생산할 수 있습니다. 원자력 발전소 자체는 매우 비싼 설비이지만 석유와 천연가스의 가격이 앞으로 계속 증가한다면 원자력 발전소의 가격을 발전소의 가동 기간으로 나눈 뒤 1kWh당 37원을 더한 가격이 화력 발전보다 우위를 점할 수 있는 것입니다.

 또한 저탄소가 각광받으면서 각국의 탄소 배출이 규제되기 시작하자 화력 발전소의 운용비용 등이 오르기 시작했습니다. 현재 미국 내의 원자력 발전소의 건설 단가는 kW당 3000달러로 예상됩니다. 화력 발전소의 건설 단가는 kW당 2100달러, 그리고 천연가스의 복합화력발전소는 kW당 1200달러 정도입니다. 즉 화력 발전소의 가격 경쟁력이 점점 떨어지고 있다는 것이지요. (천연가스 복합화력발전소는 예외로 보고 있습니다)

 현재 전 세계적으로 원자력에 의해 발전되는 전기은 약 2조 6000억 kWh입니다. 전 세계 발전량의 15%에 육박하는 수치이죠. 석탄과 석유 49%, 수력 19%에 이은 세번째 전기 생산 설비입니다. 세계 원자력 기구(IAEA)는 향후 20년 안에 원자력 발전량이 최소 137%에서 최대 216%가 될 것이라고 예상하고 있습니다. 

 하지만 원자력 발전의 연료가 되는 우라늄은 희귀하기 때문에 언제 그 가격이 급상승할지 모릅니다. 즉 가격 안정성이 낮은 것이지요. 또한 원자력 발전소는 방사능 폐기물의 처리비용과 기간에 상당한 금액이 들어갑니다. 발전소가 현역 가동중인 시기에는 물론이고 발전소를 폐쇄할 때에도 추가 처리 비용이 소요됩니다. 이러한 요소들을 모두 고려했을 때 원자력 발전소 하나에 인류의 에너지를 맡기기에는 부족한 점이 많습니다.

참고 자료 : 

      Nuclear Power Plant Construct Cost, [David Schlissel and Bruce Biewald], Synapse Energy Economics, 2008

      Power Plants : Characteristic and Costs, [Stan Kaplan], Federation of American Scientists, 2008

      해외 원자력 발전소 건설시장 - 그 현황과 전망, [이영환], 국가환경정보센터, 2010

      한국원자력안전기술원 NSIC, http://www.kins.re.kr/