원자력 발전을 희망하지만 경제적, 지리적 이유로 대형 원전을 도입할 수 없는 나라들이 있다.
경제규모가 작아 1기당 건설비가 3~4조원이 넘는 대형 원전건설에 부담을 느끼는 개발도상국가, 넓은 국토에 인구밀도가 낮은 인구 분산지형 국가, 소규모 전력망을 갖춘 국가 등이 바로 그러하다.

하재주 한국원자력연구원장(왼쪽)이 5일 연구원을 방문한 알팔레 사우디 장관(오른쪽)에게 SMART 개발 상황에 대해 설명하고 있다.

대신 이 국가들은 1기의 대형 원전보다 다수의 소형원전을 분산, 구축하는 것에 큰 매력을 느끼고 있다.

SMART 상용화를 공동 추진 중인 우리나라와 사우디가 사업 설명회 때마다 SMART가 신규 원전 도입국 및 개도국에게 훨씬 적합한 원자로라는 점을 각인시키는 데 집중하는 것도 이 때문이다.

그동안 저개발국가나 개도국들이 원전을 도입하고 싶어도 현재의 대형 원전 중심 공급 체계에서 막대한 건설비용과 오랜 건설기간, 대형 인프라를 감당할 여력이 없다는 점에 착안한 것이다. 

향후 전개될 소형원전 시장전망은 밝다.
미국 시장조사 기관인 내비건트 리서치(Navigant Research)에 따르면 소형원전 시장규모가 오는 2030년까지 18.2GWe(약 180기)에 이른다.

후쿠시마 사고 이후에도 에너지사용의 지속적인 증가, 기후변화 대응 등으로 인해 원자력 에너지에 대한 수요는 계속 확대될 것으로 보여 시장 확대의 청신호로 작용할 전망이다.

주요 원전 국가와 신규 도입국들은 원전건설 프로젝트를 진행 중이고 54개 국가가 2030년까지 신규원전 도입을 검토하고 있다.

전 세계적으로 운영 중인 발전소 약 12만 7,000기의 96.5%를 전기출력 300MWe 이하 소형 발전소가 차지하고 있는 점도 ‘매력적’이다,

소형 노후 발전소 수요도 소형원전 공략 타깃으로 떠오르고 있다.
석유·석탄·가스를 사용하는 소형발전소 가운데 30년 이상 경과한 노후시설이 1만 8,400여기에 달한다.

무엇보다 막대한 초기 투자비 등으로 대형원전 건설이 어렵거나 지리적 특성상 분산전원 등이 필요한 국가·지역에서 소형 원전시장의 급속한 확대가 예상된다.

이처럼 시장 잠재력이 무궁무진한 소형원전에 관한한 우리나라가 어느 나라보다 한 발 앞서 있다.

우리나라는 한국원자력연구원이 세계 소형원전 시장을 선점하기 위해 20년 가까운 연구개발을 거쳐 2012년 순수 국내 기술로 개발한 소형 일체형 원자로 ‘SMART’를 개발했다.

원전의 주요 부품인 증기 발생기·가압기·냉각재 펌프 등을 하나의 원자로 내에 배치, 세상에 없던 창조적인 원자로를 선보인 것이다.

특히 대형 원전 출력의 10분의 1규모인 100MW의 전력을 생산할 수 있는 SMART는 경제성·활용성·안전성 측면이 뛰어난 것으로 나타났다.

SMART는 일체형 원전으로는 세계 최초로 표준설계인가(SDA: Standard Design Approval)를 받아 가장 앞선 소형원전으로 평가받았다.

미국 등 원자력 선진국보다 먼저 개발된 SMART에 시장선점의 기회가 우리나라에 활짝 열려있는 셈이다.

여러 나라가 경쟁적으로 소형원전 개발에 박차를 가하고 있지만 의미있는 성과물이 아직 돌출하지 못하고 있는 것과 큰 차별화를 보이는 지점이다.

이제 토종 원자로 SMART는 중동 땅에 첫 뿌리를 내린다.
해외 수출 길에 나선 우리나라가 중동의 맹주 사우디아라비아를 만난 것은 ‘천군만마’를 얻은 격이다.

우리나라가 세계 최초로 개발은 완료했지만 건설은 해보지 않은 가운데, 이를 과감히 자국에 지어보겠다고 나선 나라가 사우디이다.

석유 자원이 풍족하지만 먼 미래를 내다보고 원자력 이용에 관심을 갖던 사우디는 SMART 도입을 적극 검토해본 뒤 큰 결단을 내린 것이다.

이어 사우디는 우리나라와 함께 2014년 공동타당성 조사를 거쳐 2015년 SMART 파트너십을 구축했다.

이는 중동과 북부 아프리카 지역에 동반 진출하는 기반을 구축하고 세계 원전시장을 선점하는 디딤돌 역할로 작용하고 있다.

이로써 우리나라는 UAE 대형 상용원전 수출, 요르단 연구용 원자로 수출, 네덜란드 연구용 원자로 개조사업 수주에 이어 소형원전 수출에 성공함으로써 원전 수출 포트폴리오 구축을 통한 원자력 시스템 주요 공급국의 입지를 확보했다.

양국의 SMART 파트너십의 주 내용은 양국이 공동으로 설계를 진행하고 사우디 현지에 2기를 건설, 추후 추가 건설이나 제3국으로의 수출을 타진해보자는 것이다.파트너십의 첫 단계로 사우디 맞춤형 설계인 건설 전 설계(PPE;Pre-Project Engineering)사업을 진행 중이다. PPE 사업의 핵심은 사우디 현지 건설에 맞춰 SMART를 설계하는 것이다.

사우디 현지 사정에 맞춰 핵증기공급시스템, 냉각시스템, 주요기기 각각에 대한 현지화 설계는 필수적인 요소다.
현재 SMART PPE 사업은 순조롭게 진행 중이다.

한국과 사우디 양국은 오는 11월까지 부지특성을 반영한 설계 고도화 작업을 수행, 마무리할 계획이다.

원자력연구원은 최상위요건서, 설계기준서, 계통설계요건서, 방사선 방호 최적화(ALARA) 설계 지침서 및 절차서 등을 작성, 발행하고, SMART 안전성 강화와 건설비용 절감 등을 위해 원자로의 핵심설비인 핵증기공급계통(NSSS)에 대한 설계 최적화 작업을 진행해왔다.

또한 보조계통(BOP), 핵연료계통, MMIS 설계 및 검증 등의 역무에 대해서 다수의 원전 건설 경험을 보유하고 있는 전문기관을 선정해 설계를 추진하고 있다.
PPE 사업의 주요 역무 중 또 하나 주목할 부분이 ‘인력양성’이다.

사우디는 원자력 시스템 인프라가 없기 때문에 이번 기회에 설계인력을 양성해 향후 자국 내 원자력 인재로 활용한다는 계획이다.

원자력연구원은 사우디 원자력 인재들을 SMART 전문가로 키우는 교육훈련(HCB; Human Capacity Building)을 맡고 있다.

2016년 사우디 연구인력 40여명이 우리나라에 입국한 이후, 원자력연구원은 이들에 대한 원자력공학 기초교육을 시작으로 본격적인 SMART 설계 교육훈련에 돌입했다.

그 동안 노심 설계, 기계 설계, 안전해석 등 8개 설계 분야별로 총 4단계(△원자력공학 기초 교육, △SMART 원자로설계 기초 교육, △SMART 원자로설계 실습 교육(OJT), △SMART 원자로설계 참여 교육(OJP))의 체계적인 교육을 진행해왔다.

올해 1월 OJT 수료식을 거쳐 현재 마지막 단계인 OJP를 진행하고 있다.
사우디 연구인력을 대상으로 한 교육훈련에는 SMART 설계 교육 이외에도 원자력 R&D·핵연료·안전·규제·건설 및 운영 등의 분야를 망라한 국내 원자력 주요 관계기관 및 원자력 산업시설 방문 프로그램도 담겨있다.

이 과정은 원자력 규제, 관련 산업, 원전 건설 및 운영 등 원자력 유관 기관별 역할·기능·업무에 대한 사우디 교육생들의 이해도를 제고, 사우디 교육생들이 자국의 원자력 1세대이자 주역으로서 활약하는 데 폭넓게 기여할 것으로 기대된다.

한편, 알팔레 사우디 에너지산업광물자원부 장관은 5일 연구원을 찾아 SMART 사업추진 현황을 점검하고, 연구원에서 교육을 받고 있는 자국 엔지니어들을 격려했다.

이날 알팔레 장관은 하재주 원장과 만나 SMART 첫 건설과 제3국으로의 공동 수출, 더 나아가 차세대 SMART 개발을 위해 협력관계를 강화키로 하는 등 소형원전에 대한 사우디의 확고한 의지를 재확인시켰다.

원자력연구원은 앞으로 사우디에 건설 예정인 SMART 첫 호기를 발판으로, 사우디와의 협력을 더욱 강화해 중동 및 북아프리카(MENA) 국가 등 제3국에 SMART 공동 수출을 추진해 나갈 계획이다.

하재주 원장은  “오는 11월 PSAR(예비안전성보고서 건설 준비)가 발간된 이후 1년 6개월 안에 사우디에 1,2호기를 착공할 계획”이라고 밝혔다.

특히 “사우디와의 SMART사업화 추진에 대해 영국, 미국, 쿠웨이트 등 많은 나라들이 관심을 보이고 있다”며 “SMART 1,2호기 건설이후 다자간 협력 모델을 통한 SMART의 글로벌 사업화를 추진해 시장을 석권하겠다”고 강한 의지를 나타냈다.

하 원장은 “차세대 SMART를 개발하면 경제성이 최소한 50%이상 올라갈 것”이라며 “현재의 경쟁력을 유지하고 향후 전개될 시장 확대에 대비하기 위해서는 지금부터 후속 연구개발에 착수할 필요성이 높다”고 강조했다.

경제적인 측면에서 호기당 건설비 투입규모가 대형 원전에 비해 작아 투자위험 부담을 줄일 수 있다는 강점을 가지고 있다.

건설비가 약 4조원인 국내 상용원전 APR1400과 비교해 볼 때, SMART는 1/4인 약 1조원의 건설비로 시설 구축이 가능하다.

대형 원전에 비해 짧은 건설공기로 인해 건설 비용 역시 절감된다.
일반적으로 대형원전 건설에 48개월의 시간이 소요되지만, 소형 원전은 36개월이면 건설이 가능하다.

또한 다목적 원자로로 설계된 SMART는 전력 공급뿐만 아니라 전력 생산 과정에서 남은 열을 통해 난방열 공급과 해수담수화를 통한 식수 공급이 가능하다.

이러한 설계 특성으로 인해 사막 지역이나 동남아시아와 같은 물 부족 국가와 지역난방이 필요한 국가 등에서 SMART 건설에 많은 관심을 표명하고 있다.

또한 추가적인 기술개발을 통해 해상 공장, 해상 리조트, 해상 광산 등 해상 전력이나 선박 추진용 엔진원으로도 활용하는 것도 가능할 전망이다.
SMART 원자로가 주목받는 또 하나의 이유는 뛰어난 안전성이다.

핵연료, 증기발생기, 가압기 등 주요 기기를 하나의 원자로 용기 안에 배치해 배관 파손으로 인한 사고 위험성을 원천 차단했다.

또한 별도의 비상전원이 아닌 중력 등 자연의 힘으로 작동하는 안전 시스템인 ‘피동안전 개념’을 적용해 안전성을 대폭 향상시켰다.