원자력 발전 vs 재생에너지

 

문재인 정부에서 재생에너지를 강조하는 차원에서 탈원전이 추진되었으나, 새로 들어선 윤석렬 정부에서는 탈원전 폐지 정책을  추구하고 있다. 원자력발전과 재생에너지 발전의 차이점과 장단점을 살펴본다.

 

한국 원전은 총 24기(설비용량 2만3250MW)가 있다. 현재 16기가 운전 중 (나머지 8기는 계획예방정비 7기, 정지 1기)이다. 2019년 상업운전을 시작해 가동 기간이 가장 짧은 최신 원전인 신고리 4호기가 1400MW 규모로 가장 크다.

 

재생에너지는 햇빛, 물, 지열, 강수, 생물유기체 등을 포함하는 재생 가능한 에너지를 변환시켜 이용하는 에너지이다. 재생에너지는 재생 가능한 에너지를 변환시켜 이용하는 에너지여서 한 번 사용하고 나서도 다시 자연 과정을 통해 재생되는 에너지이다.

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경제성/발전비용

 

 

<원자력발전>

 

1. 우리나라 에너지 총 생산량의 30% 정도는 원자력발전으로 생산되고 있다. 원전은 화석연료에 비해 적은 양의 원료로도 많은 에너지를 얻을 수 있다. 이는 석탄을 사용한 발전과 LNG 등의 화력발전처럼 연료비가 전기생산비용의 대부분을 차지하는 것과 크게 대비된다.

 

 

2. 우라늄의 가격 변동은 화석연료에 비하여 상대적으로 적으며 연료비 비중이 작기 때문에 가격이 오르더라도 전력 단가에 미치는 영향이 적다. 

 

우리나라 연간 에너지원 수입에서 차지하는 비중은 매우 미미하다. 우리나라 경우, 우라늄 연료의 장기수급 프로그램을 통해 10년 이상 수요를 확보해 두고 있다. 

 

나아가 원자력발전기술을 완전히 자립하여 국내 수요를 스스로 공급하고 있으며 2010년 12월 UAE에 우리가 개발한 원자로를 공급함으로써 기술 수준은 세계적이다. 우리의 원자력에 의한 에너지 안보의 우수성을 확인할 수 있는 명확한 증거이다.

 

 

3. 현실적으로 원자력 에너지의 발전효율 30%를 신재생 에너지로 대체하기 위해서는 많은 시간과 막대한 비용이 들 것으로 예상된다.

 

 

 

<재생에너지>

 

1. 태양광은 이미 대량 생산을 통한 규모의 경제를 달성해 단가를 비약적으로 낮출 수 있다. 재생에너지 비율을 늘리고 있는 미국/프랑스/중국/인도 등은 대규모 태양광 발전이 원전과 유사하거나 더 저렴했는데, 미래에는 원전 경제성이 더욱 떨어질 수 있다.

 

2021 세계원전산업동향보고서(WNISR)에 따르면 지난해 태양광 평균 발전 단가(LCOE, 발전에 투입된 모든 비용을 발전량으로 나누어 현재가치로 환산한 것)는 37달러/㎿h인 반면, 원전은 163달러/㎿h로 4배 이상 비싼 것으로 조사됐다. 또 원전은 풍력(41달러/㎿h)보다도 4배 가까이 비싼 것으로 나타났다.

 

지난 10여 년 동안 원전 비용은 점점 증가하고, 재생에너지 비용은 큰 폭으로 감소하고 있는 것이다. 이런 추세라면 원전의 경제성은 재생에너지를 능가할 수 없다.

 

 

2. 대부분의 나라에서 탄소중립을 달성하기 위해 태양광과 풍력 발전 시설을 빠른 속도로 대폭 늘리고 대형 배터리 등 전기 저장 장치를 이용해 전력망을 안정화시키는 것이 가장 경제적이고 현실적인 방법으로 인정받고 있는 상황이다.

 

영국, 독일 등 유럽의 여러 국가와 미국 캘리포니아 주 등은 이미 전력 생산의 30~50% 이상을 재생에너지로 충당하고 있습니다.

 

 

 

 

 

건설비용/유지비용

 

 

<원자력발전>

 

1. 초기 설치 비용은 많이 들지만, 설치를 완료하고 나면 그 이후에 유지관리에 필요한 비용은 적게 든다.

 

 

2. 원자력발전소 운전은 고장 등을 제외하고는 외부 요소에 의한 영향을 전혀 받지 않고 전기를 안정적으로 공급할 수 있으므로 경제성 확보가 매우 우수하다. 고장 등으로 인한 우리나라 원자력발전소의 불시 정지 횟수는 평균 0.3회/년으로 세계에서 가장 낮다.

 

 

 

 

<재생에너지>

 

1. 원전은 초기 건설비용이 많이 든다.  신한울 3,4호기의 건설비용이 8조 2600억 원이다

 

 

2. 방사성 폐기물 처분에 많은 비용이 들어간다. 원자력발전으로 생성되는 핵폐기물은 기후위기에 버금가는, 혹은 그 이상의 위험을 초래한다.

 

원전에서 나오는 고준위 핵폐기물은 1g만으로도 수천 명의 사망자를 낼 정도로 독성이 강하고, 사람이 1m 근접 시 10~20초면 즉사하는 수준의 방사성 물질을 방출한다. 이런 방사능이 사라지는 데는 약 10만 년이나 걸린다.

 

그러나 인류는 아직 원전 폐기물을 안전하게 보관할 기술을 확보하지 못한 채, 임시저장 시설에 보관하고 있다. 현재 한국 원전 부지 내 폐기물 보관소는 98% 이상 가득 차 있어, 더 이상의 원전을 감당할 수 없습니다.

 

 

3. 수명을 다한 원자로의 폐기에 많은 비용이 들어간다.

 

 

 

 

건설 적합 여부

 

 

 

<원자력발전>

 

1. 외부 환경 영향을 받지 않고 안정적으로 대량의 전력을 공급할 수 있다. 재생가능 에너지는 많은 부지를 차지하면서 날씨와 계절에 따라 발전량이 달라지는 등 변동성이 심하고 효율이 낮아 발전단가가 비싸다.

 

원전은 밤낮과 계절에 구애받지 않고 전력을 생산할 수 있다. 대규모 전력 생산이 가능하면서도 탄소를 거의 배출하지 않는다. 이런 장점은 재생에너지의 ‘간헐성’(에너지를 24시간 안정적으로 생산하지 못한다는 의미)이라는 치명적인 약점을 보완할 수 있다.

 

 

2. 원전 하나만큼의 전기를 신재생 에너지를 통해 생성하려면 태양광 발전소는 원전의 73배, 풍력발전소는 200배 이상의 부지가 필요하다.

 

 

3. 재생에너지는 아직 갈 길이 멀다. 무엇보다 간헐성 문제를 해결하지 못하면 전기요금은 훨씬 비싸질 수밖에 없다. 지금 유럽이 겪고 있는 에너지 대란은 재생에너지 중심 전력 체계의 한계를 잘 보여준다.

 

 

 

<재생에너지>

 

1. 전체 국토 면적의 약 64%가 산림으로 이루어진 대한민국도 가능하다. 산업통상자원부와 한국에너지공단이 발간한 ‘2016 신재생에너지백서’에 따르면, 국내 일사량 및 풍량 등 자연조건과 이용 가능한 국토 면적을 고려했을 때 연간 생산 가능한 재생가능 에너지 양은 우리나라 연간 전력 소비량의 20배 이상이 되는 발전량이다.

 

2. 태양전지 기술도 발전을 거듭해 효율이 꾸준히 올라가고 있다. 발전 효율이 높아지면 더 적은 면적에서 더 많은 전력을 생산할 수 있게 되어 태양광 설치 면적을 줄일 수 있다.

 

 

3. 원전이 재생에너지의 간헐성을 보완할 수 있다는 주장도 설득력이 떨어진다. 원전은 재생에너지와 마찬가지로 전력 수요가 늘거나 줄어도 발전량을 조절할 수 없는 ‘경직성’ 전원이다.

 

원전은 기술적으로 발전량 조절이 어렵고, 재생에너지 발전은 일조량이나 풍속·풍향 등 날씨 요인이 발전량을 결정한다. 둘 다 전력 수요에 기민하게 대처하지 못한다. 따라서 재생에너지 발전량이 들쭉날쭉할 때 원전으로 보완할 수 있다는 주장은 앞뒤가 안 맞는다.

 

 

 

 

 

 

안전성

 

<원자력발전>

 

1. 국내 원전은 규모 6.5 수준(신고리 3호기부터는 규모 7.0)의 큰 지진에도 충분히 견딜 수 있도록 내진설계되어 있다. 우리나라는 지진 관측 이후 측정된 지진 역사상 7.0, 6.5 규모의 지진은 온 적이 없으며, 그나마 역대 최대의 지진은 2016년 경주에서 발생한 5.8로, 6.0이 채 되지 않는다. 그렇기 때문에 원전 건물은 충분한 내진 설계가 되어 있다고 할 수 있다.

 

 

2. 최근에는 소형 모듈 원전(SMR·Small Modular Reactor)이란 차세대 기술을 실현하면 기존에 있던 안전성 문제도 해결할 수 있다. 이 원자로는 기존 원전보다 전력량이 최대 100분의 1 수준으로 월등히 작지만 출력 조절을 자유롭게 할 수 있는 장점이 있다.

 

원자로가 작고 유연하기 때문에 그만큼 안전성을 확보할 수 있다는 것이다. 출력 조절을 자유롭게 할 수 있기 때문에 재생에너지의 간헐성을 보완할 수 있다

 

소형이기 때문에 원자로에 들어가는 부품이 대폭 줄어들고, 공기도 그만큼 단축되고, 부대시설도 필요 없기 때문에 건설 비용을 대폭 줄일 수 있다.

 

 

 

 

<재생에너지>

 

1. 체르노빌(1986)·후쿠시마 사고(2011)에서 봤듯이 수십~수백 년 회복 불가능한 대형 사고가 발생할 가능성을 배제할 수 없다.  우리나라는 이미 원전 밀집도 세계 1위, 개별 원전 부지별 밀집도 및 규모 세계 1위, 원전 규모 대비 30km 반경 인구수 세계 1위이다.

 

 

2. SMR은 상용화는 커녕 실증도 되지 않은 기술이다. 현재 속도로 최대한 빨리 개발해도 2035년 후에야 상용화가 가능해, 2030년까지 온실가스 배출량을 감축하는 데에는 아무런 도움을 주지 못한다. 

 

 

3. SMR은 경제성이 떨어지는 약점이 있다. 소형모듈원자로가 기존 원전만큼 발전하려면 많이 만들어야 하다. 가성비가 그만큼 떨어지는 것이다.

 

 

4. 입지 선정의 어려움 때문에 국내에서 SMR이 대량 건설될 수는 없을 것이다.

 

 

5. 기후위기에 취약하다. 원전은 냉각수 취수가 용이한 해안가 등에 위치하고 있기 때문에 폭우, 태풍, 해수면 상승 등에 매우 취약하다. 프랑스는 2018년 유럽의 이상고온 현상으로 원전의 냉각수 과열이 우려되자 4기의 원전 가동을 중단한 바 있다.

 

6. 핵무기로의 악용 가능성이다. 플루토늄의 경우 자연계에 극미량밖에 존재하지 않는 원소이며, 이를 가장 쉽게 얻을 수 있는 것이 원자로 내부에 존재하는 U-238이 반응하여 나오는 Pu-239이다. 이것이 핵연료 재처리를 끊임없이 경계하는 이유기도 하다.

 

 

 

 

 

 

기후변화 대응

 

 

<원자력발전>

 

1. 전 세계에서 인위적으로 배출하는 이산화탄소(CO₂) 중 27%가 전력 생산으로 발생하며 이는 전 세계 온실가스 원인 중 가장 크고 가장 빠르게 성장하는 것이다. 따라서 CO₂를 배출하지 않는 원자력 기술은 기후변화를 막을 수 있는 기적의 방법이다.

 

 

2. 탄소중립 목표를 달성하기 위해서는 탄소를 배출하지 않는 원전이 반드시 필요하다. 탄소중립을 달성하려면 재생에너지에 대한 투자를 늘려야 하는데, 전력 공급에 차질 없이 이를 가능하게 하는 가장 효율적인 방법은 원전뿐이다.

 

탈원전을 선언했던 프랑스가 최근 원자력발전에 대한 새로운 투자 계획을 발표하고, 미국은 기존 원전 유지 및 차세대 원전 개발을 주요 내용으로 하는 에너지 전략을 이미 수립했고, 후쿠시마 원전사고로 큰 피해를 겪은 일본조차도 원전 비중을 늘리겠다고 나섰다.

 

 

3. 온실가스를 감축하기 위해서는, 현재 우리나라 전기 생산의 약 37%를 차지하는 석탄화력발전을 다른 에너지원으로 대체하는 것이 급선무입니다. 이 시점에서 대량의 온실가스를 배출하는 석탄화력발전을 현재 재생가능 에너지보다 발전단가가 저렴한 원자력발전으로 대체해야 한다.

 

 

 

 

 

<재생에너지>

 

1. 탄소중립을 달성하기 위해서는 2016년 체결한 파리기후변화협정에 따라 2030년까지 이산화탄소 배출량을 2010년 대비 최소 45% 이상 감축해야 한다.

 

현재의 기술력으로 원전 1기를 건설하는 데 걸리는 시간은 약 10년이다. 특히 우리나라의 경우, 전체 전기 생산의 37%에 해당하는 석탄화력발전소를 원전으로 대체하려면 지금 가동 중인 원전 24기를 2배 이상으로 늘려야 한다.

 

 

2. 탄소중립이라는 친환경 시대 흐름에 들어맞는다. 전국 성인남녀 1,000명을 대상으로 설문조사를 시행한 결과, 86.7%가 현재의 기후 변화 상황을 기후위기로 받아들이고 있으며, 62.1%는 정부의 탄소중립 정책에 동의한다고 밝혔습니다.

 

 

 

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원전 강국인 프랑스 정도를 제외한 주요 선진국들은 1979년 미국 펜실베이니아주 스리마일섬 사고, 1986년 러시아 체르노빌 폭발, 2011년 일본 후쿠시마 참사 등을 겪으며 기존 원전의 폐쇄를 앞당기거나 신규 건설을 중단하는 방식으로 원전에 대한 단계적인 퇴출을 진행해왔다.

 

그러나 우크라이나 전쟁으로 에너지 위기가 불거지면서 국가마다 다른 대응양상을 보이고 있다.

 

유럽의 대응은 엇갈린다. 영국은 2022년 4월 러시아의 에너지 의존도를 줄이겠다며 2050년까지 최대 7기의 원전을 건설하겠다고 밝혔다. 벨기에도 2025년까지 원전을 멈추겠다던 기존 계획을 수정해 2022년 3월 원자로 2기의 수명을 10년 연장하기로 했다. 프랑스에선 원전 강화를 주요 공약으로 내세워온 에마뉘엘 마크롱 대통령이 재선에 성공했다. 

 

심각한 딜레마에 빠진 곳은 독일이었다. 그러나 독일은 2011년 3월11일 일본 후쿠시마 원전 방사성 물질 누출 사고를 계기로 ‘탈핵’이 결정된 이후 12년 만인 2023년 4월 15일에 원전 가동이 모두 중단되었다.

 

원전이 에너지 위기와 기후변화에 ‘장기적 대안’이 될 수 있느냐에 대해선 여전히 회의적인 견해가 지배적이다. 사고 위험성이 여전하고, 핵 폐기물 처리라는 난제 해결이 어려운데다, 이미 많은 발전소가 노후화됐다는 것이다. 

 

 

 

출처: 한겨레