SMR(소형모듈원자로) 완벽 분석: 기술 원리, 시장 전망, 관련 주식까지!

소형원자로 소형원전 SMR

소형모듈원자로(SMR, Small Modular Reactor)는 차세대 원자력 기술로, 탄소 중립 시대를 위한 핵심 에너지원으로 주목받고 있습니다. 기존 대형 원전 대비 경제성, 안전성, 유연성에서 강점을 가진 SMR은 전 세계적으로 빠르게 개발 및 도입이 이루어지고 있습니다.

 

이번 글에서는 SMR의 개념, 기술적 원리, 주요 기업, 건설 비용, 관련 주식, 그리고 향후 전망까지 차세대 에너지로 각광받는 SMR에 대한 모든 것을 자세히 살펴보겠습니다.

1. SMR(소형모듈원자로)이란?

SMR은 기존 대형 원전보다 작은 규모(300메가와트(MW) 이하)의 원자로를 공장에서 모듈 형태로 제작하여 현장에서 조립 및 설치하는 소형원자로를 말한다. 국내 설치된 대형 원전은 1000MW 이상이다. SMR은 다음과 같은 장점을 가지고 있습니다.

• 안전성: 자연 냉각 방식 등 안전성을 강화한 설계를 적용하여 사고 발생 가능성이 낮음
• 경제성: 공장 제작 및 모듈화로 건설 비용과 시간을 단축하고, 다양한 용도로 활용 가능
• 유연성: 소규모 분산형 전원으로서 다양한 지역 및 용도에 맞춤형으로 설치 가능. 전력 생산 뿐만 아니라 수소 생산, 해수 담수화, 지역 난방 등 다양한 산업에 적용 가능

2. SMR의 기술 원리

 SMR은 기존 대형 원자로와 동일한 **핵분열 반응(Fission Reaction)**을 이용하지만, 몇 가지 중요한 차별점을 가지고 있습니다.

(1) 핵분열 반응

SMR은 우라늄-235(U-235) 또는 플루토늄(Pu-239) 같은 핵분열성 물질을 연료로 사용해서, 중성자가 원자핵과 충돌하여 핵분열을 일으킵니다. 이 과정에서 막대한 열에너지와 추가적인 중성자가 방출되며, 이러한 연쇄 핵분열 반응을 통해 지속적인 열에너지를 생산합니다.

(2) 냉각 방식

생성된 열에너지는 다양한 냉각재(물, 액체 금속, 가스 등)를 통해 흡수됩니다. 냉각재 종류에 따라 다음과 같이 나뉩니다.

·       경수 냉각(PWR, BWR): 기존 원전과 동일한 방식으로 물을 냉각재로 사용

·       액체 금속 냉각(LMR): 나트륨, 납-비스무트 등의 액체 금속을 냉각재로 사용하여 열전달 효율 향상

·       용융염 냉각(MSR): 방사선 저항성이 강한 용융염을 사용해 연료 효율 증가 및 안정성 확보

·       고온가스 냉각(HTGR): 헬륨, 이산화탄소 등의 가스를 냉각재로 활용해 고온에서 안정적인 열 전달 가능냉각재는 증기 발생기로 이동하여 물을 증기로 만들고, 이 증기는 터빈을 돌려 전기를 생산합니다.

(3) 모듈화 설계

SMR은 기존 원자로와 달리 주요 구성 요소를 공장에서 미리 제작된 모듈형태로 제작하여 이를 현장에서 조립합니다. 이를 통해 공사 기간과 비용을 줄이고, 원자로 품질을 일정하게 유지할 수 있습니다. 또한, 다양한 용도와 규모에 맞게 SMR을 유연하게 설치할 수 있도록 합니다.

(4) 안전성 강화 :피동 안전 시스템 (Passive Safety System) 채택

기존 원전은 외부 전력 공급이 끊기면 냉각 시스템이 작동하지 않아 사고 위험이 컸지만, SMR은 외부전원이나 인위적인 조작 없이 자연의 힘(중력, 자연대류, 열전도 등)을 이용한 자체 냉각 시스템에 의하여 정전이 발생해도 자동으로 냉각 기능을 수행합니다.

이를 통해 사고 발생 가능성을 낮추고, 사고 발생 시에도 안전하게 원자로를 정지시킬 수 있습니다.

SMR 기술의 핵심 특징 요약

• 소형화: 기존 대형 원전에 비해 작은 규모로 설계되어 다양한 지역에 설치 가능합니다.
• 모듈화: 공장에서 주요 구성 요소를 제작하여 현장 조립으로 건설 기간과 비용을 단축합니다.
• 안전성: 자연 냉각 및 피동 안전 시스템을 적용하여 사고 위험을 최소화합니다.
• 유연성: 다양한 용도와 규모에 맞게 맞춤형으로 설치 및 활용이 가능합

3. 주요 SMR 기업 및 기술

(1) 뉴스케일(NuScale) – 미국

·  세계 최초로 미국 원자력규제위원회(NRC) 설계 인증을 획득한 SMR 기업

·  가압경수로(PWR) 방식을 채택하며, 자연 순환 냉각 시스템으로 높은 안전성 확보(높은 안전성)

·  뉴스케일의 SMR은 모듈당 77MW의 출력을 내며, 최대 12개 모듈까지 결합 가능(높은 경제성)

(2) OCLO(Oklo) – 미국

·  액체 금속 냉각 방식을 활용하여 높은 효율과 안전성을 보이는 차세대 SMR 기술 개발

·  사용 후 핵연료를 재활용하여 핵폐기물 문제를 해결할 수 있는 기술 보유

(3) 테라파워(TerraPower) – 미국

·  마이크로소프트 창업자 빌 게이츠가 투자한 차세대 원자로 기업

·  나트륨 냉각 방식을 활용한 고효율 원자로 개발 중

(4) i-SMR – 한국

·  한국이 2028년까지 개발 목표로 하는 혁신형 SMR

·  2030년대 초반 상용화를 목표로 추진

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4. SMR 건설 비용과 경제성

SMR은 건설 비용이 뉴스케일의 경우 1기당 3조원 정도 소요되는 것으로 추정되어 기존 원전(10 ~ 20조원 소요)보다 낮고, 소규모 설치가 가능하여 경제성이 뛰어납니다. OCLO의 경우, 아직 상용화 단계는 아니지만, 뉴스케일보다 건설 비용이 더 저렴할 것으로 기대되고 있습니다.

SMR 건설 비용은 기술, 규모, 건설 환경 등에 따라 차이가 있지만, 일반적으로 대형 원전보다 훨씬 저렴할 것으로 알려져 있고 기대됩니다.

5. SMR 관련 주식 (국내 및 해외)

(1) 미국 관련 주식

·  NuScale Power (SMR) – 세계 최초 설계 인증 SMR 기업

·  Oklo – 액체 금속 냉각 SMR 개발 중

·  TerraPower – 차세대 나트륨 냉각 원자로 개발

(2) 한국 관련 주식

·  두산에너빌리티 – i-SMR 개발 참여

·  삼성물산 – SMR 건설 부문 참여 가능

·  현대건설 – 원자로 건설 인프라 제공

6. SMR의 미래 전망

✔ 2025년~2030년: 초기 SMR 상용화, NuScale 첫 가동 예상
✔ 2030년대 초반: 한국 i-SMR 상용화 목표
✔ 2040년 이후: SMR이 주요 원자력 발전 기술로 자리 잡을 가능성

 

SMR(소형모듈원자로)은 탄소 중립과 친환경 에너지 전환, 그리고 분산형 발전 확대라는 시대적 흐름 속에서 차세대 원전 시장을 선도할 핵심 기술로 부상하고 있습니다.

 

기존 대형 원전에 비해 안전성과 경제성을 갖춘 SMR은 전기 생산 뿐만아니라 수소 생산, 해수 담수화, 지역 난방 등 다양한 분야에서 활용될 수 있어 그 잠재력이 더욱 주목받고 있습니다.

 

특히, 한국은 2028년까지 혁신형 SMR인 i-SMR 개발을 완료하고 2030년대 초반 상용화를 목표로 활발히 추진 중이며, 세계적으로도 관련 시장이 빠르게 성장하고 있습니다.

 

SMR은 탄소 중립 시대의 필수적인 에너지원으로 자리 잡으며 미래 에너지 시장에서 중요한 역할을 할 것으로 기대됩니다.

 

요약 및 결론

SMR(소형모듈원자로)은 기존 대형 원전보다 안전하고 경제적이며, 전기 생산부터 수소 생산, 해수 담수화까지 다양한 용도로 활용될 수 있는 차세대 원자로입니다.

 

NuScale, Oklo, TerraPower, 두산에너빌리티 등 주요 기업들이 적극 투자하면서 시장 규모가 빠르게 성장할 것으로 예상됩니다. 그러나 SMR 관련 주식 투자는 높은 수익 가능성과 함께 높은 위험을 수반하므로, 기술 동향과 정책 변화를 면밀히 관찰하며 신중히 접근해야 합니다.

 

SMR은 탄소 중립 사회로의 전환을 가속화하고 원자력 산업의 새로운 성장 동력이 될 혁신적인 기술로 계속 주목받으며 발전해 나갈 것이기에 관심을 가지고 계속 지켜봐야 하겠습니다.