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[원자력산업의종언] 3. 세계에서 경쟁력을 잃는 원자력발전

<특집> 일본잡지 「세계(世界, 세카이)」 7월호 특집기사 전문번역 소개

① 멸종 직전의 기술 종, 원자력
② 원자력 발전의 몰락
세계에서 경쟁력 잃는 원자력발전
④ 원전의 진짜 비용을 평가한다
⑤ 좌담회_원전 수출이라는 대실패
⑥ 소형 모듈 원자로
⑦ 원전은 온난화하는 지구의 ‘시한폭탄’이다
⑧ 원자력 정책의 전망

세계에서 경쟁력을 잃는 원자력발전

최대의 미국도 운전종료가 이어진다.

이시다 마사야
1958년생 도쿄공업대학 공학부졸, 동대학원 정보공학 전공 석사과정 수료.
“닛케이 컴퓨터” “EE Times Japan” “스마트 저팬” 등의 편집 책임자를 역임해 정보기술이나 에너지 정책의 최전선을 취재. 2017년부터 공익재단법인 자연에너지 재단, 자연에너지 비즈니스그룹 매니저.

동일본 대지진이 발생했을 당시, 필자는 미국의 일렉트로닉스 잡지의 일본판을 발행하고 있었다. 지진으로부터 수일 후, 뉴욕의 편집부로부터 의뢰를 받아 후쿠시마 제1원자력 발전소 사고의 영향과 전력 공급의 상황을 기사로 썼다. 외국 사람들에게도 일본의 현 상황을 알릴 필요가 있다고 생각했기 때문이다. 그때까지 일본의 전력 시스템은 신뢰성이 높다고 선전되어 왔다. 그러나 지진 직후에 일어난 광범위한 정전, 게다가 계획 정전이라고 하는 전대미문의 사태에 의해 일본의 전력 시스템의 문제점이 드러났다. 그때 느낀 엄청난 불안감을 지금도 생생히 기억하고 있다.

후쿠시마의 사고로 독일을 비롯한 많은 나라가 탈원전을 선택해 자연 에너지 추진으로 크게 방향을 틀었다. 현명한 판단이다. 그런데 당사자인 일본에서는 어떤가. 그 후도 정부와 경제계의 일부가 장래 비전이 없는 채 원자력 발전을 부활시키려고 움직이고 있다. 세계 각국의 최신 동향을 보면, 후쿠시마의 사고를 경험한 일본에 원자력 발전이 필요 없다는 것은 분명함에도 불구하고 말이다.

IAEA(국제원자력기구)의 통계에 따르면, 전 세계에서 운전가능한 상용원자로는 2018년 12월 현재 약 450기가 있다. 그 중 최대의 미국에는 98기 있으나 1990년의 한창 때에 비해서 13기가 줄었다. 2010년 이후에만 6기 줄었다(표1). 게다가 2025년까지 12기가 운전을 종료할 예정이다. 원자력 발전으로 최대의 규모를 자랑하는 미국에서 축소 움직임이 진행되고 있다(원자로는 원자력발전에 필요한 핵심장치로, 원자력발전설비의 수나 규모를 나타낼 때에는 원자로가 기본단위가 된다). 원자로 감소가 계속되는 미국과는 대조적으로 중국에서의 원자로의 증가가 눈길을 끈다. 과거 8년간에 새롭게 33기의 원자로가 운전을 개시했다. 기설치분과 합한 원자로의 수에서 일본을 제치고 미국과 프랑스에 이어 세 번 째의 원자력발전 대국이 되었다.

표1. 상위 10개국의 원자로 수 (2018년 12월 시점. 괄호 안은 2010년 12월 시점과의 비교)
출처: IAEA의 데이터를 근거로 작성

미국98기(-6)
프랑스58기(0)
중국46기(+33)
일본42기(-13)
러시아37기(+5)
한국24기(+3)
인도22기(+3)
캐나다19기(-1)
우크라이나15기(0)
영국15기(-4)

하지만 원자력 발전은 화력 발전이나 수력 발전 등을 포함한 나라 전체의 발전량 중 4%를 차지하는 데 불과하다. 중국에서는 화력 발전이 70%로 압도적으로 많다. 또 수력발전 외에 풍력발전과 태양광발전이 급증하고, 자연에너지를 합계하면 25%에 달한다. 그에 비해 원자력발전은 훨씬 작은 규모에 머무르고 있다. 중국에서는 전반적으로 발전소의 건설비가 싸지만 최근에는 풍력이나 태양광의 발전 비용(같은 양의 전력을 만드는 데 필요한 총비용)이 원자력보다 낮아졌다. 선진국 미국이나 프랑스에서는 원자력발전 비용이 대폭 상승하고, 풍력·태양광과 비교해서 3배 이상의 수준으로 올랐다. 일본의 후쿠시마 제1원자력발전소 사고를 겪어서 안전대책 강화가 요구되게 된 것이 큰 요인이다.

덧붙여 방사성 폐기물의 처분이 각국에서 진행되지 않고 있다. 이러한 상황을 감안하여 경제성과 안전성의 양면에서 원자력발전소를 신설하는 이점을 찾을 수 없게 되었다. 그 한편으로 노후화가 진행되는 기설 원자로의 폐지가 더욱 더 증가해 간다. 앞으로 세계 전체에서 원자력 발전이 급속히 축소되는 시나리오가 시작되려 하고 있다.

미국서 적자 원자력 발전소 늘어

특히 경제성 문제가 현저하게 나타나고 있는 것은 미국이다. 연구기관 블룸버그 NEF가 조사한 결과에 따르면 미국에서 원자력 발전소를 신설할 경우의 발전 원가는 전력 1킬로와트 시 당 20엔을 넘고 있다. 이에 대해서 육상풍력 발전은 평균 약 4엔, 태양광발전과 가스화력발전은 평균 약 5엔이다. 바야흐로 비용경쟁력이 압도적인 차이를 보인다. 현 시점에서 미국 내에 건설 중인 원자로는 둘밖에 없다. 완성해도 다른 발전방법과 비교해서 경쟁력은 없고, 투자회수는 어렵다.

신설하는 경우뿐 아니다. 운전 중인 원자력발전소의 채산성도 더욱 어려워지고 있다. 미국에서는 원자력발전 설비의 감가상각 기간이 일본과 마찬가지로 15년에 설정되어 있어서 이미 투자회수를 마친 발전 설비가 많다. 그런데도 일상의 운전에 필요한 비용이 풍력·태양광이나 가스화력의 발전비용을 웃돌게 되어 전력의 거래시장에서 고전을 겪고 있다. 몇몇 주들은 원자력발전에 보조금을 줘서 뒷받침하고 있다는 게 현실이다.

2017년에는 미국 전체 61곳의 원자력 발전소(합계 99기의 원자로)중 절반 이상인 34곳이 적자에 빠졌다. 이제 안정된 수익을 기대할 수가 없게 됐고, 새롭게 12기의 원자로가 2025년까지 운전을 종료한다. 게다가 10기는 운전 가능한 기간을 크게 남기고 있는데도 폐지될 수밖에 없었다. 향후 한층 더 풍력·태양광의 발전비용은 저하될 전망으로 운전종료를 재촉당하는 원자로 수의 증가는 피할 수 없다.

미국의 50주 중 캘리포니아 주와 하와이 주는 2043년까지 주 내의 전력을 자연에너지 100%로 공급하는 목표를 내걸고 있다. 캘리포니아 주의 경우에는 엄밀히 말하면, 이산화탄소를 배출하지 않는 청정에너지 100%가 목표이고 원자력도 대상에 포함된다. 다만 주 내에서 운전 중인 원자력 발전소는 한곳(2기) 밖에 없고 2025년까지 운전을 종료하도록 되어 있다. 현재 신설계획도 없어 2045년 100%목표 달성에 원자력발전이 기여할 가능성은 거의 없다.

프랑스는 2035년까지 50%로 축소

세계에서 가장 원자력 발전의 의존도가 높은 나라는 프랑스이다. 나라 전체 발전량의 70% 이상을 원자력이 차지하고 있다(그림1). 최근 8년간 프랑스 국내에 있는 원자로의 수에 변화는 없지만 해에 따라 발전량이 변동하고 있어 근년은 감소경향을 볼 수 있다. 발전설비의 노후화가 진행되면서 기기 고장에 따른 운전정지 빈도가 늘고 있기 때문이다. 거기에 더해 기후 변동으로 여름에 열파가 발생해 원자로의 냉각에 필요한 물을 확보할 수 없다는 문제도 일어나게 되었다.

원자력 발전은 한 곳에서 대량의 전력을 만들 수 있는 점이 특징이다. 예정외의 운전 정지는 전력의 안정 공급에 큰 지장을 초래한다.

그림1. 주요국의 전체 발전량에 차지하는 원자력 비율(2010년 및 2018년)
출전 : BP자료를 바탕으로 자연에너지재단 작성

기기의 고장이나 이상 기후에 의한 운전 정지는 프랑스에 한정되지 않고, 미국 등 수많은 나라에서 빈발하고 있다. 원자력 발전소의 상당수는 대량의 냉각수를 확보하기 위해서 연안부에 지어지고 있어 향후는 기후 변동에 의한 해면 상승의 영향도 상정할 필요가 있다. 프랑스 정부는 원자력 발전의 축소에 나서면서 2035년까지 국가 전체 발전량에 차지하는 비율을 50%까지 저하시키기로 했다. 현재 58기 원자로 중 14기를 폐지할 계획이다. 대신 자연에너지의 비율을 2030년까지 40%로 높인다(2018년 시점에서는 24%).

프랑스에 인접하는 독일에서는 2018년에 자연에너지의 비율이 40%를 넘어섰으며 스페인에서는 38%, 이탈리아도 35%까지 뛰어올랐다. 이탈리아는 원자력발전을 완전히 없애고, 독일도 2022년까지 없앤다. 마찬가지로 벨기에도 2025년까지 원자력 발전을 철폐하기로 했다. 원자력에 지나치게 의존한 프랑스는 자연에너지 확대에서 출발이 늦어 유럽의 전력시장에서 불리한 경쟁을 강요당할 가능성이 높아진다.

유럽에서는 아일랜드, 오스트리아, 덴마크가 법으로 원자력 발전을 금지하고 있다. 스위스는 원자로 신설을 금지하고 있으며, 기설 5기가 운전을 종료한 시점에서 원자력 발전이 제로가 된다. 유럽 이외에서는 호주가 원자력발전을 금지하고 있다. 한국은 건설 중인 5기를 포함하여 총 29기의 원자로를 보유하지만 운전연장 및 신설은 인정하지 않을 방침이다. 운전기간의 종료와 더불어 단계적으로 원자력발전을 철폐해 나간다.

중국에선 원자력보다 풍력이 커

전력 수요가 왕성한 중국에서는 원자력 발전의 규모가 2010년부터 2018년까지 8년간에 세배 이상으로 확대됐다. 게다가 2021년까지 11기의 원자로가 운전을 시작할 계획이지만 그 이후에는 한개도 착수하지 않고 있다. 2019년 내에 새로운 개발 계획이 발표될 가능성은 있지만 원자로를 신설하는 페이스는 약해졌다. 구미의 선진국과 마찬가지로 풍력·태양광의 발전비용이 급속히 저하되어 비교적 비싸진 원자력 발전에 투자하는 메리트가 작아졌기 때문이다. 여기에 후쿠시마 사고 이후 중국에서도 안전성에 대한 우려가 커지고 있다.

21세기 들어 급속한 경제 성장에 따라 중국의 국가 전체의 발전량은 단숨에 증가했다. 이제 미국을 제치고 세계 최대의 발전량을 자랑하며 그 규모는 일본의 약 6배이다. 다만 석탄화력발전이 전체의 육할 이상을 차지해 대기오염 문제가 심각하다. 오염물질이나 이산화탄소를 내지 않는 발전설비의 확대가 급선무로 중국 정부는 원자력과 자연에너지를 모두 늘리는 전략을 추진해 왔다. 그러나 양측에는 결정적인 차이가 나고 있다(그림2).


그림2. 중국의 전원별 발전량의 추이(조 킬로와트시)
석탄 / 자연 에너지 / 원자력 / 가스 / 석유(위쪽부터)
주 : 자연에너지에는 수력을 포함한다. 출처 : BP 자료를 바탕으로 자연에너지재단 작성

중국에서는 이전부터 수력발전이 활발하며, 자연에너지의 비율은 2018년에 25%에 달했다. 풍력 발전이 2010년부터 크게 늘어 2013년에는 원자력발전량을 앞질렀다.

게다가 최근에는 태양광 발전이 풍력 발전을 웃도는 기세로 성장하고 있다. 중국 정부가 내세우는 2020년까지의 5개년 계획의 진척을 보면 이미 풍력과 태양광은 목표를 조기에 달성하는 한편 원자력은 목표를 크게 밑돌고 있다. 원자력 발전은 화력발전과 같이 대기오염물질이나 이산화탄소를 배출하지 않는다고는 해도 인류나 동식물에 중대한 위험을 주는 방사성 폐기물을 만든다. 방사성폐기물 처분을 포함해 안전성 문제를 해결하지 못하는 한 중국에서도 원자력 발전을 확대하기는 어렵다.

인도를 비롯한 일사량이 풍부한 국가들

인도 상황도 중국과 가깝다. 2010년 이후에 3기의 원자로가 운전을 개시하고 모두 22기의 원자로가 가동 중이다. 또 7기의 신설 계획이 진행되고 있지만 정부가 2032년까지의 장기계획에서 내건 목표에는 크게 못 미친다. 2018년 시점에서 이미 목표를 낮췄다. 나라 전체 발전량에서 차지하는 원자력 비율은 3%에 그쳤고 앞으로도 상승할 가망이 없다. 중국과 마찬가지로 풍력발전과 태양광발전이 급속히 확대되어, 전력 수요의 증가에 대응하고 있다. 2016년에 풍력발전량이 원자력을 제치고 2018년에는 태양광 발전량도 원자력과 비슷하게 됐다. 향후 풍력·태양광의 발전량이 원자력을 크게 제칠 것은 확실하다.

중국 서부에서 인도, 중동, 아프리카 전체에는 풍부한 일사량이 있어 태양광 발전의 잠재력은 크다. 세계에는 일사량이 많은 지역이 펼쳐져 있다. 미국 남부로부터 중미·남미에 걸쳐, 나아가 동남아시아로부터 호주를 중심으로 하는 오세아니아에도 유럽이나 일본을 훨씬 웃도는 태양광이 쏟아지고 있다. 앞으로 경제의 발전을 기대할 수 있는 나라들의 대부분은 선진국보다 낮은 비용으로 대량의 태양광 발전 설비를 도입할 수 있다. 바야흐로 비용이 비싸고 안전성의 우려가 있는 원자력발전이 끼어들 여지는 작다.

세계 속에서 원자력 발전의 장래성을 가장 예측하기 어려운 나라는 러시아이다. 러시아에는 일본에 이어 37기의 원자로가 있고 새로 6기를 건설 중이다. 정부가 원자로 신설 계획을 뒷받침하고 또 수출에도 힘을 쏟고 있다. 다만 국내에서는 낡은 원자로가 많아 가까운 장래의 운전 종료를 상정하면 원자력 발전의 규모가 크게 성장한다는 전망은 없다. 러시아는 천연 가스가 풍부하여 가스 화력 발전의 비율이 약 50%로 높다. 원자력 발전은 20% 정도로 자연에너지도 수력발전을 중심으로 원자력과 비슷한 규모의 전력을 공급하고 있다. 다른 나라만큼은 풍력과 태양광 자원이 풍부하지 못하다는 점을 감안할 때 원자력발전이 오래 살아남을 수 있다. 수출처 확대를 포함해 원자력발전과 핵무기 제조의 연관성이 신경 쓰이는 대목이다. 같은 우려는 원자력 강국인 미국, 프랑스, 중국에도 있다.

표2. 원자로의 평균 운전년수 (2018년 12월 시점)
출처 : IAEA데이터를 근거로 작성

벨기에39년
미국38년
스웨덴38년
캐나다35년
영국35년
스페인34년
프랑스34년
독일32년
러시아30년
우크라이나30년
일본30년
인도23년
한국21년
중국7년
세계평균30년

노후화된 선진국 원자력 발전소

1950년대에 상용 원자력 발전이 시작된 이래 이미 60년 이상이 경과했다. 오래전부터 원자력 발전을 추진해 온 선진국의 상황을 보면, 발전 설비의 노후화가 눈에 띈다. 원자로 수가 가장 많은 미국이 전형적이며 평균 운전 연수는 38년에 이르고 있다(표2). 미국에서는 통상 40년 운전할 수 있는데 대부분의 원자로가 기한을 맞이하고 있다. 정부의 승인을 얻으면 20년 정도 연장이 가능하지만 다른 발전 방법과 비교해서 채산성이 나빠지면서 운전 기간을 40년 이상으로 연장하는 원자로가 많이 나오긴 힘들 것으로 보인다.

원자로 수에서 제2위의 프랑스에서도 평균 운전 연수가 34년에 이르고 있으며, 제4위 일본과 제5위 러시아는 평균 약 30년이다. 상위 10개국 중 7개국(캐나다, 영국, 우크라이나까지 포함)에서 평균 운전 연수가 30년 이상이 되어 있어 노후화에 따른 설비의 유지·갱신의 문제가 발전 사업자에게 무거운 부담이다. 운전 기간을 40년 이상으로 연장하려면 안전 대책 등에서 거액의 비용이 발생한다. 인도나 한국도 수십 년 후에는 비슷한 문제에 직면하게 된다.

현 시점에서 운전 가능한 세계 각국의 원자로가 모두 40년으로 운전을 종료했을 경우, 2030년대 초반 시점에서 남아 있는 원자로는 1/4정도밖에 없다. 미국과 일본에서는 40년을 기다리지 않고 운전을 종료하는 원자로가 늘었고, 축소의 페이스는 더 빨라질 가능성이 있다. 이러한 노후화에 의한 발전 설비의 폐지분을 신설 혹은 재건축으로 커버할 수 없으면 원자력 발전은 확실히 쇠퇴해 간다.

신설 프로젝트의 지연중지 움직임

전 세계에서 건설 중인 원자로는 2018년 12월 시점에서 54기가 있다(표3). 기설 원자로 수(451기)와 비교해서 1할을 넘는 데 그쳤다. 만일 건설 중인 원자로가 모두 5년 이내에 운전을 시작했다면 연간에 10기 정도의 페이스다. 최신의 원자로는 1기 당의 발전 규모가 상대적으로 커지고 있다고는 해도 노후화로 폐지되는 다수의 원자로를 보충할 수는 없다.

표3. 건설 중인 원자로 수 (2018년 12월 시점)
출처 : IAEA데이터를 근거로 작성

중국11기
인도7기
러시아6기
한국5기
UAE4기
일본2기
대만2기
미국2기
벨라루시2기
방글라데시2기
우크라이나2기
파키스탄2기
슬로바키아2기
아르헨티나1기
브라질1기
핀란드1기
프랑스1기
터키1기
54기

게다가 각국의 신설 프로젝트의 진척을 보면, 당초의 계획으로부터 큰 폭으로 지연되는 케이스가 잇따르고 있다. 건설 중인 원자로는 안전성 강화를 목적으로 개발한 “제3세대”가 대부분을 차지한다. 제3세대의 건설 기간은 5년 이상 걸리는데 그 중에는 당초의 예정보다 10년 이상 늦어지고 있는 프로젝트가 있다. 특히 기술적 문제가 요인이 되고 있는 만큼 심각하다. 건설 기간이 길어지면 그만큼 비용도 늘어난다. 기설의 원자로에서 채용하고 있는 제2세대와 비교하면 제3세대 원자로 건설비는 2배에서 5배 수준으로 늘어났다.

비용 측면의 문제로 프로젝트를 중지하는 사례가 많아졌다. 미국에서는 동부의 사우스 캐롤라이나 주에서 2기의 원자로를 신설하는 공사가 2013년에 시작됐지만 비용 초과에 따라 4년 후인 2017년에 중단할 수밖에 없었다. 영국에서도 히타치 제작소가 2개의 원자로 신설 프로젝트를 진행시키고 있었는데 경제성을 이유로 2019년 1월에 계획을 동결한 것이 기억에 새롭다. 이 외에 대만에서는 1999년에 시작한 2개의 원자로 건설이 20년 후인 현재도 끝나지 않고 중단될 가능성이 높아지고 있다.

그림3. 주요국의 전력 소비량에서 차지하는 자연 에너지의 비율(2018년)
태양광, 풍력, 지열, 바이오, 수력(위에서부터)
캐나다/스웨덴/덴마크/포르투갈/칠레/독일/스페인/아일랜드/이탈리아/영국/중국/프랑스/인도/일본/미국(왼쪽부터)
주: 전력 소비량은 발전량에서 수출입량의 차이를 뺀 국내 소비분. 중국, 인도, 일본은 발전량으로 산출
출처: IBA(국제에너지기구)등의 데이터를 바탕으로 자연에너지재단이 작성

그럼에도 원자력 발전의 부활을 모색하는 움직임은 일본을 포함해 현재도 계속되고 있다. 경제성과 안전성의 개선을 목표로 한 차세대형의 원자로의 개발이 그 하나이다. 그러나 전 세계 어느 나라에서도 전력의 안정적 공급 면에서 원자력 발전이 중요한 역할을 담당할 여지는 작아지고 있다. 노후화된 원자로의 운전 연장이나 신형로 개발을 고집하는 것은 원자력 산업으로서도 득책이 아니다. 현존하는 위험성을 가능한 한 빨리 줄이기 위해 폐로와 폐기물 처분에 주력해야 한다. 거기에는 장기간에 걸친 사업 기회와 사회적 사명이 있다.

원자력에 의한 전력 공급이 없어져도 기후변화에 대응하는 전력 시스템은 자연에너지를 최대한 이용하면서 경제성과 안전성이 뛰어난 각종 기술의 조합으로 실현될 수 있다. 자연에너지를 주체로 하여 전력의 공급 시스템을 구축하는 나라가 구미를 중심으로 증가하고 있다. 이미 캐나다, 스웨덴, 덴마크, 포르투갈에서는 국내에서 소비하는 전력의 50% 이상을 자연에너지로 공급하고 있다(그림3). 이 중 덴마크와 포르투갈에는 상용 원자력발전소가 하나도 없다.

날씨에 따라 전력의 공급량이 변동하는 자연에너지와 상황에 맞추어 공급량을 조정하기 어려운 원자력은 원래는 어울리지 않는 조합이다. 기후변화 억제를 위해 탈탄소화를 추진하기 위해서는 기술적 관점에서도 자연에너지와 원자력의 병존은 바람직하지 않다. 덴마크, 독일 등 유럽 선진국은 탈탄소화에 원자력발전이 불필요하다고 판단했다. 일본에서도 원자력발전 철폐가 올바른 선택이다.

번역 이원영 / 감수 임소원

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