May 26, 2023 | 증거는 인플레이션 감소법과 소규모 모듈형 원자로의 등장이 미국의 핵 부흥을 이끌어낼 가능성이 적다는 것을 시사합니다.
2023년 4월, 미국 원자력 발전에 큰 순간이 찾아왔다. 조지아 주의 보글 원자력 발전소 3호기는 3년 동안 처음으로 그리드에 전기를 공급하기 시작했다. 3호기와 함께 4호기는 Q1 2024에 가동될 예정이며, 미국에서 가장 큰 원자력 발전소가 될 것이다. 이 시설은 1백만 가구와 기업에 충분한 전력을 공급할 수 있는 미국형 웨스팅하우스 AP1000 고급 압력 수력 원자로로 구성된다.
프로젝트를 관리하는 조지아 파워의 회장 겸 CEO인 킴 그린은 "3호기는 가동 시작 검사의 최종 단계에 있으며 4호기는 안전하게 연료를 적재하기 위해 진전하고 있다"며 "이러한 새로운 발전소가 다음 60~80년 동안 우리 주에 영감을 주는 에너지를 제공할 수 있다는 것은 이 시설에서 일하는 팀들의 열심히 노력한 결과이며, 올바르게 건설된 덕분이다"라고 말했다.
새로운 원자로가 도래하는 이 시점에 많은 업계 인사들은 수십 년간 침체 기간 이후 미국 원자력 부흥을 기대하고 있다. 조 바이든 대통령의 인플레이션 감소법은 새로운 원자력 프로젝트에 대한 연방 투자 세액 공제를 30% 제공하며, 다른 저탄소 발전원과 함께 "더 낮은 에너지 배치를 촉진하기 위한 정책 수단으로서 독특한 시도"라는 말을 할 정도로 중요한 역할을 한다고 Columbia Center on Global Energy Policy의 매트 보웬은 말했다.
많은 매체들은 미국 원자력 발전의 "새로운 시대"를 예고했지만, 새로운 원자로 모델의 비용과 효과에 대한 지속적인 의심, 원자력 폐기물 및 개발 시간과 관련된 PR 문제로 인해 어떤 원자력 붐이 다가올 가능성이 높지 않다는 것이다.
나쁜 미국 원자력 선행 사례
보글 3,4호기의 도입이 미국 원자력 발전의 평판에 긍정적인 영향을 끼치지는 않는다. 이 원자로는 300억 달러 이상의 예산을 썼으며, 지금까지 6년 이상의 지연이 있었다. 이는 미국 원자력 역사상 가장 좋지 않은 부분 중 하나이다.
1970년대와 1980년대의 원자력 붐 시기에 미국은 100개의 원자로를 건설하여 전 세계에서 가장 큰 원자력 생산자가 되었다. 현재 미국은 전 세계 원자력 생산 능력의 약 20%를 보유하고 있지만, 클랜스 에드워즈(E3G 싱크탱크)는 펜실베니아주 스리마일 아일랜드 원자력 시설에서 발생한 부분적인 멜트다운으로 인해 "원자력 발전의 안전성에 대한 대중의 인식에 중요한 영향을 미쳤다"고 설명한다.
스리마일 아일랜드 사고, 예산 초과 (1966년부터 1977년까지 지어진 75개 원자로의 미국 에너지부 연구에서는 평균 비용이 예산을 207% 초과), 2010년대의 미국 쉐일 가스 혁명 등으로 인해 새로운 원자력 발전은 방해받았다.
보글은 이러한 이야기를 바꾸기 위한 계기가 되었다. 조지아 파워는 2008년 조지아 공공 서비스 위원회에게 새로운 AP1000 원자로 설계로 인해 이전 원자력 발전소보다 더 낮은 비용과 더 적은 시간에 건설될 것이라고 말했다. "1970년대와 1980년대의 원자로는 원자력이 저렴한 에너지원이라는 생각을 뒤엎었다. 그래서 새로운 원자로 설계가 나왔고, 그것들은 더 안전하고 더 효율적이며 우리는 그것들을 건설할 것이라고 했었습니다"라고 IEEFA(에너지 경제 및 금융 분석 연구소)의 데이비드 슬리셀은 설명했다.
이러한 새로운 원자로의 정치적 인기에도 불구하고 앞으로 상업적으로 어떻게 전개될지에 대한 불확실성이 남아있는 점은 가리지 못했다. 슬리셀 자신도 2008년 보글 원자로 발전소의 "최종 비용과 일정에 대한 큰 불확실성"을 조지아 공공 서비스 위원회에 경고했다.
사우스캐롤라이나 주의 서머 원자력 발전소에 두 개의 AP1000 원자로를 설치하는 프로젝트는 2012년에 시작되었지만, 몇 년간의 관리 실패와 엉망인 감독 덕분에 2017년에 취소되었다. 사우스캐롤라이나 주민들은 90억 달러에 이르는 실패한 프로젝트에 대한 비용을 부담하고 있다.
미국 핵 발전 vs. 세계의 나머지
미국은 1957년 펜실베이니아주의 Shippingport에서 첫 상용 핵 발전소를 가동시키며 핵 발전을 선도했지만, 이제는 새로운 핵 발전 프로젝트에서 세계적으로 뒤처지고 있다. 국제 에너지 기구(IEA)가 2022년에 전 세계적으로 건설 중인 54GW의 핵 발전 용량 중, 중국은 16.1GW, 한국은 5.6GW, 터키는 4.4GW, 인도는 4.2GW, 러시아는 3.8GW, 영국은 3.3GW, 그 밖의 국가들은 16.6GW를 건설 중에 있다.
2017년 1월 이후 전 세계에서 건설을 시작한 31개의 원자로 중 17개는 러시아 설계이고, 10개는 중국 설계이며, 2개는 유럽 설계이고, 2개는 한국 설계이다. (IEA 참조)
핵 발전을 지지하는 think tank인 Nuclear Innovation Alliance의 프로젝트 매니저인 Patrick White는 미국 핵 기술이 국내외에서 실패한 것은 기술 자체와는 무관하다고 말한다. 대신 미국의 "안 좋은 프로젝트 관리와 실행"과 "서구에서 높은 노동 비용" 때문에 미국 기술을 사용하여 새로운 GW급 발전소를 개발하는 것은 중국과 러시아 기술에 비해 위험한 제안으로 보인다는 것이다. 중국과 러시아 기술은 저렴한 노동력으로 효율적으로 설치되었기 때문이다.
"러시아와 중국 모두 국내에서 핵 기술의 자금 조달과 수출을 지원하는 지속적인 프로그램을 가지고 있지만, 미국은 최근 몇십 년간 이러한 일을 하지 않았다"라고 Columbia 대학의 Bowen는 덧붙였다. "미국 정부는 아마도 세계적으로 러시아와 중국의 영향력이 확대될 것을 우려하고 있을 것이다."
인플레이션 감소법 이후
핵 발전은 대규모, '베이스로드' 저탄소 전력 제공원으로서 에너지 전환에 강력한 장점이 있습니다. 핵은 일부에게는 러시아의 우크라이나 침공 이후 불안정한 화석 연료 시장에 대한 더 많은 에너지 안보 전망을 제공하기도 한다.
2022년 IRA 및 CHIPS and Science Act (CHIPS)의 통과는 미국 전력 시장이 이러한 장점을 최대한 활용할 수 있는 메커니즘을 제공한다.
IRA는 새로운 핵 발전소에 대한 30% 세금 공제뿐만 아니라, 폐쇄가 곧 다가오는 핵 발전소에 대한 $15/MWh의 전기료를 보조하여 이러한 장점을 활용하도록 돕는다. 전력 가격이 상승하면 $25/MWh까지 지원이 상승할 수도 있다. 새로운 발전소는 브라운필드 사이트에 건설되거나 수소를 생산하는 데 사용되는 경우에도 세금 공제를 활용할 수 있습니다. 한편, CHIPS 법안은 첨단 원자로의 상업 계획 및 개발을 지원하기 위해 8억 달러를 제공한다.
"정부는 실질적으로 '가능한 한 많은 신규 청정 에너지를 그리드로 가져오는 방법'을 찾으려고 합니다. IRA의 세금 공제와 인센티브는 핵뿐만 아니라 다른 기술도 장려하여 이를 달성합니다."라고 White는 말한다.
"새로운 인센티브는 기존의 핵 산업에 대한 대화도 완전히 바꿨습니다. 다음 20~40년 동안 기존의 핵 발전소를 운영하는 것이 경제적으로 명백한 이유가 됩니다."
미국의 평균 원자로 연식이 40년인 것을 감안하면 운영 면허 연장은 이제 정책 대화의 일부로 자리 잡았다. 미국 원자력 규제위원회에 따르면 현재 10개의 원자로는 최대 80년까지 운영 면허 연장을 받을 가능성을 평가하고 있으며, 추가적으로 8개의 원자로도 평가될 예정이다.
새로운 핵 발전 프로젝트에 대해서는 IRA 이후 대화의 대부분이 SMR(작은 모듈형 핵로, small modular reactors)로 알려진 작은 규모의 원자로를 중심으로 진행된다. 지지자들은 이러한 원자로가 더 큰 경쟁 업체보다 더 싼 가격에 더 민첩하다고 주장하며, 결과적으로 다른 프로젝트에서 경험한 대규모 지연 및 비용 초과를 피할 수 있다.
"이론상으로 10억 달러 프로젝트에서 20% 비용 초과는 150억 달러 프로젝트에서 20% 비용 초과보다 훨씬 나은 것입니다."라고 White는 설명한다. "모듈형 원자로는 공장에서 더 재생산 가능한 방식으로 건설할 수 있으며, 산업 공정 및 수소 생산을 보완하고 신뢰성 있는 전기를 공급하기 위해 설계 및 최적화되고 있습니다."
SMR에 대한 기대감은 분명하다. 핵 에너지 협회의 2022년 조사에 따르면, 유틸리티는 미국에서 25년 내에 300개의 새로운 SMR 용량을 예상하고 있다. NuScale Power Corporation 및 X-energy와 같은 미국 기업은 SMR 설계를 제안하고 있으며 미국은 SMR 기술 개발을 위해 인도네시아와 한국와의 계약을 체결햇다.
비싼, 검증되지 않은 SMR 기술
그러나 핵산업의 관심을 뛰어넘어 실제로 제안되는 것을 살펴보면 어떤 일이 벌어지고 있을까? Energy Monitor의 모회사인 GlobalData에 따르면 미국의 개발자들 사이에서 새로운 GW 규모의 핵발전소는 여전히 인기가 없다. 모든 새로운 세제지원과 인센티브에도 불구하고 조지아주의 두 개의 유닛을 제외하면 파이프라인에 있는 대형 원자로는 초기 개발 단계를 지나지 않았다.
“파이프라인에 있는 전통적인 대형 원자로는 실제로 매우 적다,”라고 정책 연구소인 Regulatory Assistance Project (RAP)의 Mike Hogan이 인정한다.
“새로운 핵발전소가 대규모로 부활한 것은 아직 없다,”라고 미시건 대학 조지 워싱턴 주립 대학교 공공정책 게랄드 R 포드 스쿨 교수인 Barry Rabe는 인정한다. “조지아를 제외하고 미국에서 다음 다섯 개의 핵발전소가 어디에 위치할지, 그리고 그것들이 전혀 건설되지 않을 수도 있다면 말할 수 없다.”
한편, SMR의 경우 GlobalData는 군사, 산업 및 발전 시나리오에서 26개의 원자로가 발표되었음을 보여준다. 이들 발전소의 총 용량은 2.9GW로 보그틀 3호기와 4호기의 총 용량보다 400MW 더 크다.
그러나 이러한 SMR은 아직 건설이 시작되지 않았으며, 이러한 기술들은 상업적으로 운영되지 않고 있다.
“SMR은 싼 가격의 에너지를 제공하는 태양광과 풍력과는 달리 실험적인 기술로 남아있다,”고 Rabe는 말한다.
“[SMR] 기술은 아직 건설되지 않았기 때문에 검증되지 않았습니다,”라고 Bowen은 말한다. “만약 SMR의 건설이 Vogtle 3호와 4호의 AP1000와 유사하다면, 아마도 그것들을 많이 건설하지 않을 것입니다.”
아직까지 SMR이 예산 초과와 높은 비용의 문제를 극복할 전망은 특별히 유망해 보이지 않는다. NuScale의 카본 프리 파워 프로젝트 (CFPP)는 아이다호 국립 연구소에서 건설될 6 모듈 462MW 발전소로, 진행이 지연되고 예산 초과가 되어 프로젝트의 타당성을 보장하기 위해 충분한 고객을 확보하지 못했다고 RAP의 Hogan은 설명한다. “다른 프로젝트들은 대부분 라이센스 승인을 받기까지 아직 몇 년이 걸립니다.”
Hogan은 "SMR 개념의 핵심 전제, 즉 비용을 절감할 수 있을 만큼 충분한 양으로 표준화된 시스템을 공장에서 구축할 수 있는 능력은 2030년대 중반까지는 불가능할 것입니다"라고 Hogan은 덧붙인다. “(미국이) 50년까지 탄소 배출을 줄이기 위해서는 이미 30년 중반에는 이미 전력 부문의 탈탄소화를 향한 길을 거의 다 밟아야 합니다.”
Hogan은 SMR이 “제로 카본 수소 생산을 비롯한 깨끗하고 고품질의 산업용 열을 제공하는 데 여전히 역할을 할 수 있다”며, 핵이 탄소 배출을 줄이기 위해 안전하고 비용 효율적인 방법으로 어떻게 기여할 수 있는지 연구를 계속해야 할 것이라고 결론지었습니다. “하지만 아직은 그것이 무엇인지 완전히 명확하지 않습니다.”
건설 비용 이외에도, NuScale과 유타 연합 지방 정부의 CFPP SMR 프로젝트는 프로젝트가 진행됨에 따라 전력 운영 비용을 반복적으로 상승시켰다. 2016년 $55/MWh에서 2021년 $58/MWh, 그리고 2023년 $89/MWh으로 상승하였다. 이는 Vogtle 3호와 4호가 필요로 하는 $150/MWh보다는 저렴하지만, IEEFA에 따르면 조지아주에서 최근 태양광 및 저장용 전력 구매계약 (PPA) 의 평균 가격인 $30.20보다 훨씬 비싸다.
“세금 지불자는 에너지 청구서나 세금 지원을 통해 원자력을 보조하는 데 사용되는 불필요한 추가 비용을 지불하게 될 것입니다,”라고 Schlissel은 덧붙였다.
SMR의 전개에는 다른 문제들이 위협이 된다. 장기간의 핵 폐기물 저장이라는 “정치적 악몽”이 있다. 모든 역사적인 미국의 핵폐기물은 현재 핵시설 내에서 보관되고 있다. 그러나 Rabe는 “해당 시설을 호스팅 한 커뮤니티가 영구적인 핵폐기물 저장소가 되기를 동의하지 않았음에도 불구하고”라고 밝혔다.
게다가 미국은 대부분의 고급 요소 저농축 우라늄(HALEU) 연료를 생산하지 않는다. 현재 HALEU를 상용적으로 판매하는 것은 러시아 국영 핵 에너지 회사인 로사톰(Rosatom)의 일부인 TENEX 뿐이다. 미 에너지부는 미국 HALEU 공급망을 개발하기 위한 HALEU 컨소시엄 프로그램을 계속 진행 중이다.
그리고 새로운 SMR을 신속하게 배포하려면 완화해야 하는 오래된 규제 장애물이 있다. E3G의 Edwards는 “미국의 원자력 산업은 원자력 규제 위원회(NRC)의 규제를 받고 있으며 NRC 규제 기관이 첨단 원자로에 대한 규제 프로세스를 간소화하도록 원자력 옹호자들이 초기 노력을 진행하고 있습니다.”라고 설명한다. 현재 의회를 통과하고 있는 초당적 법안인 ADVANCE Act는 일부 어려움을 완화할 것으로 예상된다.
미국의 원자력에 대한 불확실한 미래
미국 전력의 미래에 대해 대부분의 분석가들이 동의하는 것이 있다. 그 중 하나는 전력망이 가변 재생에너지, 즉 태양광과 풍력, 그리고 배터리 저장소에 의해 점차적으로 저탄소 발전원으로서 저렴한 전력을 제공하게 될 것이라는 것이다.
다른 하나는 기존 원자력발전소는 안전하게 운영할 수 있는 한 그대로 운영될 것으로 예상된다는 것이다. 국제에너지기구(IEA)는 원자력 수명 연장을 "2050년 순제로 경제적인 길에 필수적인 요소"로 설명한다.
새로운 원자력 에너지에 대해서는 낙관적인 견해를 가질 수도 있다. Bowen은 "적어도 일부 미국의 원자력 프로젝트는 AP1000 프로젝트보다 더 잘 관리될 것이라고 생각한다. 그것은 정말 낮은 기준이지만, 그렇게 관리된다면 상대적으로 일정과 예산 내에 완료되어 더 많은 원자력 발전소가 건설될 것으로 예상된다. 특히 세금 공제로 인해 비용의 3분의 1이 줄어들면 더욱 그렇다"고 말한다.
그러나 희망과 가설을 넘어서는 데이터는 현재 GW급 원자력 발전소의 신규 세대가 준비되어 있지 않다는 것을 보여준다. 한편 연방 세제 조합 가능성은 SMR 프로젝트들이 개발 중이라는 것을 의미하고, 이 중 일부는 미국을 위한 전력을 생산할 것이다. 그러나 SMR 기술이 아직 개발 단계에 있고, 계속해서 추정 금액이 증가하는 등의 이유로 SMR은 미국 전력 시스템의 빠른 탄소 배출 감소를 위해 경쟁력 있는 역할을 할 가능성이 낮다.
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