에너지
NuScale (SMR) 스포트라이트: 표준화된 연속 제작 원자력 발전소
Securities.io를 Google의 선호 소스에 추가
대형에서 소형 모듈형 원자로로
대형 원자력발전소는 수 기가와트급 출력과 대규모 투자를 요구할 수 있으며, 건설과 인허가에 여러 해가 걸린다. 이런 특성은 다음과 같은 과제를 만든다.
- 투자부터 발전 수익 발생까지 시간이 길어 자금 조달이 어렵다. 정부 지원뿐 아니라 장기 계약과 민간 금융도 중요한 역할을 한다.
- 소규모 전력망이나 외딴 지역에서는 대형 발전소의 출력이 수요에 비해 클 수 있으며, 송전망 확충이 필요할 수 있다.
- 중대 사고는 광범위한 영향을 줄 수 있다. 실제 위험은 원자로 설계, 입지, 운영과 안전체계에 따라 달라진다.
- 대형 프로젝트의 현장별 설계 변경은 비용과 일정을 늘릴 수 있다. 다만 기존 원전에도 표준화된 설계와 반복 건설 사례가 있어 모든 프로젝트가 실험적 맞춤 설계인 것은 아니다.
따라서 원자력 산업의 주요 과제는 비용과 일정 관리, 그리고 높은 수준의 안전성 확보다.
일부 과제에 대응하기 위해 개발되는 기술에는 제4 세대 원자로의 새로운 설계와 안전성 향상이 있다. 소형모듈원자로(SMR)는 핵분열이라는 기본 원리를 바꾸는 것이 아니라, 원자로의 크기와 제작·배치 방식을 개선하려는 접근이다.
출처: IAEA
최근 원자력에 대한 관심은 전력 수요가 큰 AI 데이터센터 와 저탄소 전력 확보 필요성 등에 의해 높아졌다. 재생에너지의 변동성에는 저장장치, 송전망, 수요 관리와 다양한 발전원의 조합으로 대응할 수 있다.
SMR을 사용하는 이유
SMR의 핵심 구상은 원자로를 더 작고 표준화된 모듈로 만들어 반복 생산의 이점을 얻는 것이다.
- 같은 설계를 여러 프로젝트에 적용하면 연구개발과 설계 비용을 분산할 수 있다.
- 표준화는 부품 조달과 정비·교육의 효율성을 높일 수 있다.
- 전용 공장의 반복 제작을 통해 숙련도와 생산 효율을 높이는 것이 목표다.
- 공장에서 제작한 주요 모듈을 발전소 부지로 운송한다.
이론적으로는 반복 생산과 현장 공사 축소가 공기를 줄일 수 있다. 일부 개발사는 약 3년의 건설 기간을 목표로 하지만, 최초 호기와 인허가를 포함한 전체 일정이 보장되는 것은 아니다. 대형 원전의 지연 사례로는 Georgia주의 Vogtle 증설 사업 등이 있다.
소형 원자로는 모듈당 출력과 방사성 물질의 양이 상대적으로 작을 수 있다. 그러나 크기만으로 사고 가능성이나 피해가 자동으로 결정되지는 않는다.
이러한 장점과첨단 안전설계를 결합해 위험을 줄이는 것이 목표다. 모든 SMR이 4세대 원자로인 것은 아니며, 안전성은 개별 설계와 분석으로 평가해야 한다.
여러 모듈을 조합하면 수요에 맞춰 발전소 출력을 구성하거나 단계적으로 증설할 수 있다.
산업시설과 외딴 지역 등에 전력이나 열을 공급하는 새로운 활용도 검토되고 있다. 입지와 보안, 인허가 및 경제성은 각각 평가해야 한다.
“SMR을 통해 우리는 전체 고객 스펙트럼을 열었습니다.”
폐쇄된 석탄발전소 부지는 기존 송전망과 인프라를 활용할 후보가 될 수 있다. 다만 원전 입지와 비상계획구역(EPZ)에는 별도 규제 검토가 필요하다. NuScale의 설계 인증과 EPZ 방법론 승인은 개별 부지의 건설·운영 허가와 다르다.
출처: NuScale
NuScale
SMR 가격 차트
NuScale의 경쟁 위치
NuScale은 미국과 다른 서방 시장에서 SMR 상용화를 추진하는 주요 개발사 중 하나다. 러시아와 중국에는 이미 운영 중인 소형 또는 모듈형 원자로 사례가 있지만 설계와 용도는 서로 다르다.
2024년 당시 NuScale의 모듈당 50MWe 설계는 미국 원자력규제위원회(NRC) 인증을 받은 최초의 SMR 설계였다. 77MWe로 출력을 높인 설계는 별도 심사 중이었다.
2007년 설립된 NuScale은 오랫동안 SMR 개발에 투자했다. 회사는 기술과 개발 과정에 누적 약 20억 달러를 투자했다고 설명했다.
2024년 회사는 초기 모듈용 장기 조달 부품과 제작 준비를 진행하고 있었다. 이를 완성된 원자로 여섯 기가 가동 중이라는 뜻으로 해석해서는 안 된다. 초기 상용 프로젝트 일정은 인허가와 고객의 투자 결정 등에 달려 있었다.
모듈형이지만 알려진 설계
NuScale이 개발하는 발전소 플랫폼은 VOYGR 다. 주요 모듈은 공장에서 제작해 트럭, 철도 또는 바지선으로 운송하는 방식이다. 77MWe 설계 기준으로 6개 모듈은 462MWe, 12개는 924MWe에 해당한다. MWe는 전기출력 메가와트를 뜻하며, 실제 구성과 허가는 설계별로 확인해야 한다.
출처: NuScale
회사는 60년 이상의 설계 수명을 목표로 제시했다. 실제 운영 기간은 허가와 유지관리 등에 좌우된다.
기반 기술은 경수로, 구체적으로 일체형 가압경수로다. 경수로 자체가 고압으로 운전되므로 ‘고압 원자로와 대비되는 기술’이라고 설명하는 것은 부정확하다. 기존 경험을 활용하더라도 새로운 설계에는 규제 검토가 필요하다.
센서, 핵연료, 크레인, 제어시스템 등 기존 원자력 공급망을 활용할 수 있다는 점도 개발 전략의 일부다.
출처: NuScale
회사가 ‘walk-away safe’라고 부르는 특성은 특정 사고 조건에서 수동 개입이나 외부 전원 없이 자연순환 등을 활용해 냉각하도록 설계했다는 뜻이다. 운전 인력이나 정비가 전혀 필요 없다는 의미는 아니다.
회사는 설계상 일부 사고 조건에서 외부 보충 없이 장기간 냉각할 수 있다고 설명한다. 이른바 대응 유예시간은 가정한 사고와 설계 조건에 따른 지표이지, 모든 상황에서 손상이 불가능하다는 보장은 아니다.
또한 외부 전력망이 없는 상황에서 발전소를 기동하는 블랙스타트 기능을 제시한다. 실제 적용은 발전소 구성과 허가 조건에 달려 있다.
출처: NuScale
응용 분야
전력망
원자력발전소의 주요 용도는 전력망에 전기를 공급하는 것이다. 교통과 난방의 전기화는 추가 전력 수요를 만들 수 있다.
폐석탄발전소 부지의 송전 설비를 활용하면 일부 투자를 줄일 수 있지만, 원전 건설에 필요한 모든 인프라가 이미 갖춰져 있다는 뜻은 아니다.
AI
기사에서 인용한 미국 데이터센터 전력 수요 전망은 2023년 전체 소비의 약 3~4%에서 2030년 11~12%로 늘어날 가능성을 제시했다. 이러한 수치는 전망이며 지역과 집계 범위에 따라 달라진다.
데이터센터는 안정적인 전력 공급이 중요하다. 이를 위해 원전, 재생에너지, 저장장치, 전력망 계약과 비상전원 등을 조합할 수 있다.
이런 배경에서 일부 기술기업은 원자력 관련 전력 계약을 추진했다. 사례로는 Microsoft의 전력 구매계약과 연계된 Three Mile Island 1호기 재가동 계획 (MSFT )이 있다. 2024년의 재가동 계획은 이미 발전소가 다시 운영 중이었다는 뜻이 아니다.
산업용 응용
제지, 화학, 철강, 플라스틱 등 여러 산업 공정에는 열과 증기가 필요하다. 원자력의 전력과 열을 해수 담수화에 활용하는 방안도 검토된다. 회사는 특정 구성의 77MWe 모듈이 하루 약 7,700만 갤런, 즉 약 2억9,000만 리터의 담수 생산에 필요한 에너지를 제공할 수 있다고 추정했다. 이는 조건에 따른 설계 계산이다.
출처: NuScale
산업용 열은 현재 천연가스 등 화석연료에 크게 의존한다. 공정마다 요구 온도와 압력이 다르다.
원자력은 일부 열 수요를 대체할 수 있지만 경수로의 기본 증기 온도에는 한계가 있다. NuScale 원자로가 초임계 증기를 직접 만든다고 설명하는 것은 잘못이다.
대형 원전의 출력과 입지·규제 조건은 개별 산업시설과의 결합을 어렵게 만들 수 있다.
SMR은 작은 모듈과 유연한 구성을 통해 산업용 공급을 검토한다. 2024년 NuScale의 공정열 분석에서는 추가 압축·가열 장치를 이용해 500°C, 1,000psia의 증기를 모듈당 시간당 약 40만 파운드 생산하는 사례를 제시했다. 이는 모델 결과이며 기본 원자로 출구 조건과 다르다.
수소
수소 생산에서는 전기와 열의 가격, 설비 이용률, 생산 방식이 중요하다. 재생에너지와 원자력을 각각 또는 함께 활용할 수 있다.
NuScale은 특정 공정 구성에서 모듈당 하루 약 50톤의 수소 생산 가능성을 제시했다. 이를 일정 대수의 차량이 항상 소비하는 양으로 일반화해서는 안 된다.
NuScale의 사업 모델
SMR도 발전 수익이 발생하기 전까지 상당한 자본과 시간이 필요하다. 금융 조달과 장기 수요 확보는 기술 개발만큼 중요하다.
NuScale은 이 문제에 대응하기 위해 에너지 투자·개발 플랫폼인 ENTRA-1 및 투자·자산운용 그룹인 Habboush Group 과 전략적 제휴를 맺었다. 제휴는 개발과 금융 조달을 지원하기 위한 것이며 모든 프로젝트의 자금이 이미 확보됐다는 뜻은 아니다.
고객은 전력 구매계약, 발전소 소유·운영 등 서로 다른 구조를 검토할 수 있다.
예를 들어 원전 운영 경험이 있는 전력회사는 소유와 운영을 검토할 수 있고, 산업체는 장기 증기 구매계약을 선호할 수 있다. 실제 계약 구조는 프로젝트마다 다르다.
진행 중인 프로젝트
2024년 NuScale은 여러 지역에서 협력과 개발 논의를 진행했다. 아래 사례는 제안, 양해각서 또는 개발계약 등 서로 다른 단계이며 모두 확정 수주나 건설 중인 사업을 뜻하지 않는다.
북미
- Standard Power : Ohio와 Pennsylvania 데이터센터에 약 2GW의 전력을 공급하는 계획이 발표됐다. 실제 건설과 공급은 후속 계약·인허가·자금 조달에 달려 있었다.
- Prodigy의 해상 발전소 개념 : Quebec을 기반으로 하는 개발사와 1~12개 모듈을 해상 플랫폼에 결합하는 방안을 검토했다. 이미 원자로가 배치돼 상업 가동 중이었다는 뜻은 아니다.
유럽
- RoPower Nuclear: Romania의 Nuclearelectrica 등과 Doicești의 폐석탄발전소 부지에 6개 모듈, 총 462MWe를 배치하는 개발 사업을 추진했다.
- KGHM Polska Miedź : Poland에서 기존 석탄발전의 대안을 검토했다. 당시 제시된 2029년 목표는 확정 가동일이 아니었다.
- Getka & UNIMOT : Poland에서 석탄발전 대체 가능성을 검토하는 협력 사례다.
- Energoatom : Ukraine의 전력망 재건 등에 활용할 가능성을 논의했다. 전쟁 종료 직후 자동으로 배치가 확정되는 것은 아니다.
아시아
- Indonesia Power: Fluor와 일본 JGC 등이 참여하는 462MW 규모의 제안을 검토했다.
- GS Energy : 한국의 수소 산업과 연계한 도입 가능성 등이 논의됐다. 6개 모듈과 2028~2030년 일정은 확정 주문이나 건설 일정으로 단정할 수 없다.
NuScale의 재무 현황
Romania RoPower 관련 설계·개발계약 등에서 매출이 발생했지만, 원자로를 상업 운영해 얻는 전력 판매 수익과는 구분해야 한다.
회사는 상당한 연구개발·운영 비용을 지출하고 손실을 기록했다. 분기별 손실과 현금 소진은 서로 다른 지표이며, 추가 자금 조달이 필요할 수 있다.
주가 상승은 신주 발행을 통한 자금 조달에 도움이 될 수 있지만 기존 주주의 지분 희석 가능성을 없애지는 않는다.
기사에 제시된 주식 수와 옵션·워런트 수는 특정 시점의 자료다. 투자자는 Class A·Class B 주식, 교환 가능한 지분, 행사 가능한 증권을 구분하고 최신 공시에서 희석 가능성을 확인해야 한다.
출처: NuScale
결론
규제가 엄격하고 기술적 복잡성이 높은 산업에서 선행 개발 경험은 경쟁력이 될 수 있다. 하지만 최초 인증이 사업 성공이나 후속 허가를 보장하지는 않는다.
SMR은 크기와 제작 방식에 관한 범주로, 경수로·고속로·용융염로 등 다양한 기술과 결합할 수 있다. 해상 발전소는 배치 방식이며, 토륨은 연료 선택에 관한 개념이다.
NuScale은 경수로 경험을 활용하면서 일체형 구조와 수동 안전기능을 개발했다. 상용화 속도는 고객 계약, 자금 조달, 공급망과 허가에 달려 있다.
전기차와 AI의 전력 수요는 저탄소 발전 투자에 관심을 높일 수 있다. 그 관심이 특정 기업의 주가 상승으로 이어진다고 보장할 수는 없다.
발전사업은 자본 집약적이며 원전 개발에는 긴 일정과 불확실성이 따른다. 투자자는 비용, 현금흐름, 지분 희석, 프로젝트 단계와 변동성을 함께 평가해야 한다.
