AI의 에너지 위기가 핵 SMR 투자 붐을 촉진하고 있다

AI의 에너지 위기가 핵 부활을 강요하고 있다

인류의 주된 에너지원에 관한 논쟁은 최근 몇 년간 격화되었습니다. 역사적으로 화석연료가 지배해 왔으며, 전력 생산뿐 아니라 난방, 산업 공정, 운송의 총에너지 소비까지 고려하면 지금도 그렇다고 볼 수 있습니다.

하지만 이러한 논의는 AI 붐 이전에 이루어졌으며, AI는 전 세계 에너지 수요를 급증시켰습니다. 신경망, 대형 언어 모델(LLM) 및 AI 운영은 전통적인 컴퓨팅보다 기하급수적으로 더 많은 에너지를 소비합니다. 예를 들어, LLM인 ChatGPT와 같은 모델을 통한 “검색”은 표준 구글 검색보다 10배~30배 더 많은 에너지를 소비합니다.

AI 도입률과 데이터 센터 건설 속도에 따라 데이터 센터의 에너지 수요는 2030년까지 2~6배로 늘어날 수 있습니다.

이러한 급증은 중대한 병목을 만듭니다. 데이터 센터에는 완전히 신뢰할 수 있는 안정적이고 품질 높은 전력 공급이 필요합니다. 태양광과 풍력 같은 간헐적 에너지원은 대규모 저장 설비 없이는 아직 필요한 규모로 이를 제공하지 못합니다.

반면 화석연료 의존은 기술 업계의 탄소 감축 약속과 충돌합니다. 이 때문에 주요 AI 기업들은 대규모 기저부하 전력, 안정적인 전력 주파수, 무탄소 배출을 함께 제공하는 원자력으로 눈을 돌리고 있습니다.

초기 움직임에는 2024년 말 스리마일섬 원자로를 재가동하려는 Microsoft의 계획이 포함됩니다. 그러나 AI 데이터 센터의 막대한 미래 수요를 충족하려면 노후 발전소 재가동만으로는 부족하며 새 원자로가 필요합니다.

소형 모듈 원자로(SMR)란 무엇인가?

전통적인 원자로의 문제는 속도입니다. 기존 방식의 발전소 건설은 극도로 느립니다. 예를 들어 미국 조지아주의 보글 원자로 프로젝트는 10년 넘게 걸렸고, 일정이 7년 이상 지연되었으며 비용도 최초 예산의 두 배에 달했습니다.

이러한 지연은 맞춤형 초대형 프로젝트의 복잡성과 변화하는 규제 환경에서 비롯됩니다. 이를 해결하기 위해 원자력 업계는 제조 우선 방식인 소형 모듈 원자로(SMR)로 전환하고 있습니다.

SMR은 기존 원자로보다 작고 모듈식입니다. 조선이나 항공기 제조처럼 부품을 공장에서 미리 제작한 뒤 현장으로 운송해 조립합니다.

SMR의 다양한 장점

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표준화

전통적인 원자력 발전소는 각각 맞춤형 초대형 프로젝트이므로 표준화가 어렵습니다. SMR은 반복 가능한 설계를 연속 생산함으로써 이를 바꾸려 합니다.

대량 생산은 원자력 산업에 처음으로 규모의 경제를 제공합니다. 더 중요한 점은 규제상의 마찰을 줄인다는 것입니다. 부지마다 별도의 시험과 허가를 받을 필요 없이 표준화된 SMR 설계 하나를 승인받아 수백 곳에 배치할 수 있습니다. 크기가 작아 원자력 전문 공급업체에만 의존하지 않고 일반 산업 공급망도 활용할 수 있습니다.

안전성

체르노빌과 후쿠시마 같은 대형 중앙집중식 발전소의 중대한 사고 이후 원자력에 대한 지지는 약해졌습니다. 대형 원자로의 막대한 에너지 밀도는 냉각을 어렵게 하고, 고장이 발생하면 피해를 심각하게 만듭니다.

SMR은 노심이 작고 현대적인 피동 안전 시스템을 사용하므로 본질적으로 더 안전합니다. 이러한 시스템은 대개 동력 펌프 대신 중력과 자연 대류로 냉각합니다.

위치

SMR은 더 작고 안전하기 때문에 기존 발전소보다 훨씬 좁은 비상계획구역(EPZ)만 필요합니다. 이에 따라 부지 선정과 허가 절차가 단순해집니다.

따라서 SMR은 폐쇄된 석탄 또는 가스 발전소 부지에 배치할 수 있는 경우가 많습니다. 이는 허가를 간소화할 뿐 아니라 변압기와 송전선 같은 기존 전력망 설비를 재사용하게 해줍니다.

산업 맞춤형 규모

SMR의 큰 장점은 확장성입니다. 대형 원전은 전력망 전체에 공급하기에 적합하지만, SMR 모듈은 특정 산업 부하에 맞춰 구성할 수 있습니다.

예를 들어 SMR 모듈 한두 기로 대형 AI 데이터 센터에 필요한 전력을 정확히 공급해 지역 전력망 용량에 대한 의존을 없앨 수 있습니다. 전력망 혼잡이 데이터 센터 배치의 주요 병목이 된 상황에서 이는 매우 중요합니다.

텍사스에서 CenterPoint Energy는 대형 부하 연결 요청이 700% 증가했다고 보고했으며, 2023년 말에서 2024년 말 사이에 1GW에서 8GW로 증가했습니다. ComEd, PPL, Oncor와 같은 유틸리티는 데이터 센터 신청량이 과거 최대 피크 수요보다 더 많은 GW를 보고하고 있습니다.

Camus Energy (CNP )

북미 SMR 붐

최근까지 원자력 확대는 주로 아시아에서 이루어졌고 중국과 러시아가 건설을 주도했습니다. 그러나 북미 전역에서 SMR 프로젝트가 늘어나면서 상황이 빠르게 바뀌고 있습니다.

AI 붐을 위한 핵 에너지 투자 방법

Cameco

투자자들이 SMR 및 새로운 4세대 설계가 주도하는 핵 부흥에 노출되는 한 가지 방법은 우라늄을 통해서입니다. Cameco는 세계 최대 규모의 우라늄 광산업체 중 하나이며, 안정적인 서방 관할 구역에서 가장 큰 기업입니다.

수년간의 투자 부족으로 만성적인 우라늄 공급 부족이 발생했으며 단기간에 해소하기 어려워 원자재 가격 상승을 뒷받침하고 있습니다.

원전 운영 예산에서 연료비가 차지하는 비중은 작습니다. 따라서 공급이 부족할 때 전력회사는 가격에 덜 민감하며, Cameco 같은 광산업체에는 유리한 환경이 조성됩니다.

2022년 Cameco는 Brookfield (BEP )와 함께 미국의 대표적 원전 건설사 Westinghouse의 지분 과반을 인수하며 채굴을 넘어 사업을 확장했습니다. Westinghouse는 검증된 AP1000 원자로를 생산하며 AP300 SMR과 e-Vinci 초소형 원자로를 개발하고 있습니다.

(Cameco에 대한 자세한 내용은 당사의 전용 보고서를 참고하십시오.)

AI 기업들이 전력을 확보하기 위해 급히 움직이면서, 많은 기업이 SMR 개발업체와 직접 파트너십을 맺고 있습니다. 예를 들어, Google은 Kairos와 협력해 2030년부터 최대 500MW의 SMR 용량을 확보했으며, X-Energy (XE ) 는 워싱턴 주에서 Amazon에 서비스를 제공하기 위해 12개의 Xe-100 원자를 배치할 계획입니다.

다른 사례로는 OpenAI 설립자 Sam Altman이 직접적인 접근 방식을 취했습니다. Altman은 Oklo의 회장으로 활동하며 SPAC을 통해 공개 시장에 진입하도록 이끌었습니다. 2025년 초, Altman은 “이해 충돌을 피하기 위해” 사임했습니다 및 향후 파트너십을 촉진했지만, Oklo는 여전히 “AI용 SMR” 기업으로 확고히 자리 잡고 있습니다.

Oklo의 설계는 전통적인 원자로와 다르며, 핵폐기물을 재활용할 수 있는 “고속 원자로”입니다. 이는 미국의 폐기물 비축량이 국가를 150년 동안 전력 공급할 수 있을 정도의 에너지를 포함하고 있어 우라늄 공급 제약을 완화할 가능성이 있습니다.

고속 원자로는 또한 우라늄보다 무거운 초우라늄 원소를 소비하여 확산 위험을 줄이고 최종 폐기물의 방사성 수명을 단축합니다.

Oklo는 2027년 말 또는 2028년 초까지 Idaho National Laboratory (INL)에서 최초 75MW 원자를 배치할 예정입니다.

“우리는 2019년부터 에너지부와 Idaho National Laboratory와 협력해 이 시설을 실현해 왔으며, 이는 새로운 건설 장을 열었습니다. 우리는 이에 대해 기대하고 있으며, 앞으로도 더 많은 프로젝트가 이어지길 기대합니다.”

Jacob DeWitte – Oklo 최고경영자 겸 공동 창업자

오하이오주의 Meta용 1.2GW 프로젝트와 데이터 센터 운영사 Switch와의 대규모 12GW 계약 등 최근 거래는 Oklo가 OpenAI와의 초기 관계를 훨씬 넘어 사업을 확장하고 있음을 보여줍니다.