▲ 박성근 전력연구원 원자력발전연구소 기기성능그룹장

우리나라에는 현재 20기의 원자력발전소가 가동 중이고 6기가 건설 중이며 향후에도 원자력발전소 건설이 계속 추진될 예정이다.

현재 원자력 발전은 국내 총 발전량의 40%를 담당하고 있는데 이는 세계 6위에 해당하며 원전 운영기술 또한 세계적인 수준으로 인정받고 있다. 

이와 같이 우리나라는 원자력발전의 선진국임에도 불구하고 국내에는 원자력발전소에 사용되는 안전 관련 유체기기의 운전 성능을 시험할 수 있는 설비와 인증체계가 구축돼 있지 않다.

즉, 밸브, 펌프 등 원자력발전소용 안전 관련 유체기기의 성능시험을 통한 성능 입증은 ASME, KEPIC 등의 기술기준에 따른 필수요건이며 기기 개발단계에서 설계의 적정성 확인 및 최적화를 위해 대용량의 시험 설비가 필요하다.

그러나 아직까지 성능시험 설비와 인증 체계가 갖추어지지 않고 관련 기술과 경험도 부족, 국내에서 제작한 기기조차도 외국에 의뢰해 성능 시험을 수행해 왔으며 이에 따라 막대한 외화가 유출돼 왔다.

원자력발전용 안전 관련 유체기기의 운전 성능시험 설비와 인증 체계의 미비는 국내 원자력 또는 관련 산업 기자재 제조업체가 새로운 기기를 개발하려는 의욕을 저하시켜 원자력 기기 설계와 제작 기술 자립을 저해하는 한 요인이기도 하다.

유체 관로기기 제품의 생산과 수출액은 국내 총생산과 수출액의 1%에 육박하고 있으며 총 생산품의 20% 정도가 발전, 조선 산업에 사용되는 것으로 알려지고 있어 연관 산업의 발전과 내수 시장 활성화를 위해 시험 설비 구축은 필요성은 점증되고 있다.

한편 원자력발전소에 설치된 가압기 안전밸브, 주증기 안전밸브 등은  원자력발전소의 안전성에 중대한 역할을 하는 기기로서 정기적으로 시험을 수행, 성능을 확인토록 돼 있는데 원자력발전 선진국에서는 시험 수행에 따른 안전성 저해 요인을 방지하고 정비기간 단축을 위해 별도의 시험 설비를 이용, 현장 시험을 대체하고 있으나 세계적 수준의 원자력발전소 설계 및 운영기술을 확보하고 있는 우리나라에서는 이에 필요한 시험설비가 없어 발전소 현장에서 상당한 부담을 갖고 시험을 수행하고 있다.

원자력 발전이 우리나라에서 차지하는 위치와 관련 산업계의 현황을 고려할 때 고부가가치 기자재의 국산화 촉진을 통해 수출 전략 산업을 육성하고 원자력발전소의 안전성 증진과 안정적인 전력 공급을 도모하며 국내 원자력 산업의 국제 경쟁력을 향상시키기 위해서는 원자력발전용 유체기기 운전 성능 시험 설비와 범국가적 인증 체계의 구축은 필수적이라 하겠다.

그러나 성능 시험 설비와 인증 체계의 구축에는 상당한 비용이 소요될 뿐만 아니라 인증의 객관성과 공공성이 요구되므로 민간 기관이나 기업에서 추진하는 것이 용이하지 않았다.

이와 같이 시험 설비와 인증 체계 구축의 필요성은 충분히 인지하면서도 여러 가지 어려움으로 인해 추진이 안 되던 이번 사업은 산업자원부와 전력기반조성사업센터가 주관한 지난해 전력산업연구개발사업 국가전략과제의 기획에 포함돼 본격적으로 추진됐다.

약 8개월 간 관련 분야 전문가들로 구성된 기획위원회의 사업 기획을 거쳐 지난해 8월에 최종적으로 ‘원전 유체관로기기 운전 성능 시험설비 및 인증체계 구축’이라는 제목으로 연구 개발사업 계획이 확정됐으며 같은 해 9월에는 한전 전력연구원이 총괄 주관기관이자 1개 세부과제의 주관기관으로 한국기계연구원이 다른 1개 세부과제 주관기관으로 각각 선정됐다.

이번 연구개발사업의 최종 목표는 밸브, 펌프 등과 같이 원자력발전소에 사용되는 안전 관련 유체관로기기의 운전 성능을 입증할 수 있는 설비를 설계, 제작, 설치하고 성능 인증 시스템을 구축하는 것이다.

시험설비의 종류별로 2개의 세부과제로 구성돼 있으며 지난해 9월에 착수돼 오는 2011년 8월까지 5년간 수행되며 총 연구개발비는 약 197억원이다.

한국기계연구원이 주관하는 제1세부과제는 증기용 기기의 운전 성능시험 기술을 개발하는 것으로서 성능시험 대상 기기 선정과 시험설비 운전조건을 결정하며 선정된 기기를 시험하기 위한 증기 유동시험 설비를 설계, 제작, 설치하고 각종 시험 대상 증기용 기자재의 운전 성능시험 절차 개발과 안전밸브 시험설비의 인증을 추진하는 것이 주요 수행내용이다.

한전 전력연구원이 주관하는 제2 세부과제는 수류용 기기, 즉, 대용량 밸브 및 펌프의 운전 성능시험 기술을 개발하는 것으로서 성능시험 대상 기기 선정과 시험설비 운전조건을 결정하고 선정된 기기를 시험하기 위한 수류 시험 설비를 설계, 제작 설치하며 밸브, 펌프, 열교환기 등 시험 대상기기의 운전 성능시험 절차 개발과 방출밸브 용량시험설비 인증을 추진하는 것이 주요 수행 내용이다.

연차별 주요 연구내용은 그림 1과 같으며 그림 2는 개발하고자 하는 성능시험설비의 개략도이다.

< 그림 1.  연차별 주요 연구내용> 

  < 그림 2.  성능시험설비 개략도>

이번 연구 개발 사업이 완료된 후의 기대효과를 살펴보면 첫째 원전 안전 등급 유체기기의 운전 성능시험 기술을 선진국 수준으로 견인함으로써 고성능 고부가가치 기기 개발의 기틀을 마련할 수 있으며 중소기업의 기술력을 향상시켜 플랜트 산업의 국가 경쟁력 제고가 가능할 것이다.

둘째 원전 안전 등급 유체기기의 성능시험을 국내에서 수행할 수 있게 됨으로써 현재 해외에 의존하고 있는 시험 비용을 절감하고 국산품의 가격 경쟁력을 제고시킬 수 있을 것이다.

셋째 고부가가치 기자재의 국산화가 가능하게 됨으로써 연간 400억원 상당의 수입 대체 효과가 예상되며 개발 제품의 해외 수출을 통해 외화 획득이 가능하다.

넷째 원전 안전등급 유체기기의 성능 평가에 본 연구개발 사업에서 개발되는 운전성능시험 방법론과 평가기법을 활용, 원전 설비의 신뢰성을 제고할 수 있을 것이다.

다섯째 발전소 현장 시험이 어려운 기기의 대체 시험에 활용함으로써 원자력발전소의 안전성을 높일 수 있으며 계획예방정비기간을 단축함으로서 발전소 이용율의 향상이 기대된다.

끝으로 중국 등 해외에서 개발되는 기자재의 성능 인증을 유치, 외화 획득과 동북아 발전 설비 성능인증 분야의 허브 역할을 할 수 있을 것이다.

이번 연구개발 사업은 단순한 설비 구축이나 기술개발차원을 넘어 원전 유체기기의 성능시험 및 인증에 관한 원천 기술 보유국으로 진입한다는 중요한 의미를 가지고 있다고 생각된다.

이를 주관하고 있는 한전 전력연구원과 한국기계연구원은 연구개발사업의 효율적인 수행과 성공적인 목표 달성을 위해 다음과 같은 세 가지 사항에 역점을 두어 추진 중이다.

첫째, 시험 설비 및 인증 체계 구축의 최적화를 위해 국내외 성능 시험 설비 현황, 국내외 신규 원전 건설 계획, 국내 원자력 기기 제조업체의 국산화 계획, 가동 원전의 교체 대상 기기, 고압 대용량 기자재 개발 계획, 산업 기술기준 및 요건 등을 조사, 반영한다.

둘째, 발전사, 연구기관, 기기 제작사, 정부 및 인증기관 등이 연구에 직간접적으로 참여, 유관기관의 역량을 결집함으로서 국가자원 이용의 효율성의 극대화를 꾀하고 있다.

셋째, 기기의 성능 검증이 일괄적으로 수행될 수 있도록 하기 위해 이번 연구개발 사업에서 구축 예정인 운전성능 시험 시설과 국내에 기 구축된 내진, 내환경 시설과의 연계가 필요하므로 성능검증 시설의 연계 및 운영 방안을 도출, 최적의 범국가적 기기 검증 체계가 구축 가능하도록 할 것이다.