저탄소사회 구현에서의 원전의 역할

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태조 원
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1 저탄소사회구현에서의 원전의역할 서울대학교 이은철

2 Chap. Ⅰ 원전의필요성

3 우리나라의에너지현실

4 국내발전원가 ( 정산단가 ) 비교 원자력은가장저렴하게전력을생산할수있는발전원임 - 화석연료발전원인석유, LNG, 유연탄발전원의정산단가는원자력에비해각각 5.7, 3.6, 1.7 배비쌈 - 신재생에너지인태양광, 풍력, 수력발전원의정산단가는원자력에비해각각 11.2, 2.6, 3.5 배비쌈

5 안정적인에너지공급 안정적인에너지공급을통한에너지안보 우라늄은세계전역에고르게매장되어있으며, 수송과비축이용이하여안정적인연료수급이가능함 가채년수가가장긴에너지원 연료비비중이낮아우라늄가격변동에민감하지않음 사용가능년수매장량 연료비점유율 (2008 년말기준 ) 133 년 241 년 63 % 80% 81% 42 년 1,645 억톤 석유 60 년 181 조 m 3 천연가스 9,090억톤 1,601만톤석탄우라늄 ( 추정매장량포함 ) 8% 원자력 유연탄 석유 LNG

6 국가에너지기본계획 에너지정책관련최상위국가전략 저탄소녹색성장구현 등미래지향적정책방향제시 2030 년원자력설비비중을 26%( 07 년 ) 41% 로확대신 재생에너지보급률 : 2.2% 11%( 30 년 )

7 세계의기상이변 온실가스방출에따른심각한기후변화발생 북극빙하감소물부족심화지구온난화사막화 북극해빙속도 2 년간 10~15 배증가 해수면상승 1.8mm/ 년 25 년이내인구 1 인당담수공급량 1/3 감소 지난 100 년간 0.74 C 상승 아열대기후화지역확산 아시아경작지 1/3 사막화 ( 중국국토 27%) 매년사하라사막 10km 확장

8 환경측면에서의원자력 : NEWclear

9 에너지안보의중요성 한국석유수입중동의존도 : 86% 고밀도에너지, 원자력

10 세계에너지자원분포 자원의국지적편재 (6.4%) (18.5%) (25.2%) (61.0%) (41.3%) (9.9%) (1.3%) (13.5%) (2.4%) (28.6%) (3.4%) (6.2%) (7.7%) (2.2%) (9.5%) (8.2%) (6.7%) 석유, LNG 는중동및러시아에집중분포 (7.0%) (2.9%) (8.0%) (9.0%) (22.7%) 석탄, 우라늄은대륙별로비교적고루분포 (5.1%) 석유석탄 LNG 우라늄 Source : BP Statistical Review of World Energy (2008) Uranium 07 Resources, Production and Demand (OECD/NEA, IAEA)

11 경기부양효과 원자력은경제적으로가장잠재력이높은산업 세계적원자력이용확대에따라 미래우리나라의성장동력을책임질블루오션 원전은고용창출효과및수출효과가큼 < 원자력시장규모예측 > < 대형원전 > < 중소형원전 > < 연구용원자로 > 700조원 350조원 10~25조원 110 여기 500~1000 기 300 여기 30 년까지 (IAEA) 50 년까지 ( 미 DOE) 30 년까지 (IAEA) < 원전수출효과 > 원전 2 기소나타 16 만대 30 만톤유조선 20 척

12 화석연료의대안 현재상황 에너지위기 ( 화석연료고갈 ) 환경위기 ( 온실가스증가 ) 해결방안원자력및신 재생에너지 신 재생에너지 태양광태양열풍력수력 원자력 지열 조력 바이오매스 연료전지

13 신 재생에너지와의비교 경제성

14 신 재생에너지비교 (1) 기술성 원자력은상대적으로입증된기술 설비이용효율 원자력은 90% 이상, 태양광 / 풍력은 20% 내외 부지면적

15 신 재생에너지비교 (2) 신 재생에너지 기존의에너지 ( 석유, 석탄, 가스 ) 를대신할새로운에너지 선진국을중심으로개발중 신 재생에너지의종류와특징 실용가능에너지태양광발전풍력발전연료전지발전석탄가스화발전 특징 장점 단점 - 무공해에너지 - 고갈안됨 - 에너지밀도낮음 - 기상여건영향 - 소규모발전유망 - 시설비고가 - 무공해에너지 - 고갈안됨 - 에너지밀도낮음 - 기상여건영향 - 소규모발전유망 - 적격지제한 - 무공해에너지 - 고갈안됨 - 고효율 / 설치용이 - 기술개발단계 - 시설비고가 - 무공해에너지 - 고갈안됨 - 기술개발단계 - 시설비고가

16 후쿠시마원전사고이후의각국동향 세계각국은원전이용에있어 2 가지흐름을보이고있음 - 그러나대부분의국가 (50 여국가 ) 는원전의지속의존에관심을가짐 프랑스 요르단 러시아 중국 베트남 ( 신규추진국 ) 미국 영국 폴란드 아랍에미레이트 카자흐스탄 한국 멕시코 브라질 SWITZERLAND 스위스 SWITZERLAND 벨기에 독일 일본 (?) 이탈리아 원전미보유국 (1988 년원전폐쐐 ) 태국 원전미보유국 ( 원전신규도입검토 )

) 위주로원전도입정책유지 - 주요원전수출국 ( 미국, 프랑스, 러시아등 ) 들은원전지지및적극적보급움직임 * 단, 급부상중인 Shale Gas로인한지역적인원전위축에주목할필요 ( 미국등 ) ㅇ (

17 후쿠시마사고이후원자력에대한세계적동향 주요국원전정책동향개요 ㅇ단기적인신규원전건설위축예상, 중 장기적세계원전축소로연결될가능성은낮을것으로예상됨 - 원자력은안정적에너지공급과함께기후변화에대응할수있는에너지원 * 단, 급부상중인 Shale Gas로인한지역적인원전위축에주목할필요 ( 미국등 ) ㅇ ( 정책유지국가 ) 후쿠시마이후모두원전안전성점검에주력하고있으며, 비교적지진위험에서안전한국가 ( 폴란드, 카자흐스탄등 ) 위주로원전도입정책유지 - 주요원전수출국 ( 미국, 프랑스, 러시아등 ) 들은원전지지및적극적보급움직임 * 단, 급부상중인 Shale Gas로인한지역적인원전위축에주목할필요 ( 미국등 ) ㅇ ( 정책재검토국가 ) 독일, 스위스는원전완전폐기를선언, 정기점검등으로일본은원전완전정지후재가동추진중, 이탈리아, 필리핀등은원전재개정책철회 - 지진발생가능성이높은국가 ( 필리핀, 멕시코등 ) 들은도입포기또는계획연기

신규원전건설추진하였으나, 국민투표결과 원전재도입 반대 신흥개발국 석유수요급증으로석유의존도완화를위해원자력발전확대 - 중국 : 현 900 만 kw 원전설비 2020 년원전규모 7,000 만 kw 로확대 - 인도 : 2030

18 후쿠시마사고이후원자력에대한세계적동향 후쿠시마사고이후원자력에대한세계적동향 원자력에우호적 원자력발전의지속적인기술개발및이용확대추진 - 미국 : 신규원전건설계획발표등원자력비중확대예정최근저렴한 Shale 가스의부상, 느슨한온실가스규제등으로그영향은제한적일것임 - 스페인 : 기존원전의계속운전을위한법개정을추진 원자력에부정적 원자력발전의단계적폐지및재도입반대 - 독일 : 노후원전 8 기완전가동중지및단계적폐쇄결정 - 이태리 : 신규원전건설추진하였으나, 국민투표결과 원전재도입 반대 신흥개발국 석유수요급증으로석유의존도완화를위해원자력발전확대 - 중국 : 현 900 만 kw 원전설비 2020 년원전규모 7,000 만 kw 로확대 - 인도 : 2030 년원전규모 6,000 만 kw 목표, 미 / 프 / 러와협력협정체결 중동산유국 풍부한석유절대의존에서탈피, 원자력등신에너지정책적극모색 - UAE : 급증하는전력공급및환경적경제적측면에서원전도입추진 - 요르단 : 2040 년전력수요의 40% 원자력이조달, 자국의우라늄활용

19 Chap. Ⅱ 원자력이란?

20 원자력발전과화력발전 공통점 열원에서발생한에너지를바탕으로, 물을끓여증기로전환 증기의힘으로터빈을회전시키고, 이를통해전력생산 차이점 화력발전의에너지원은석유나석탄등의화석연료 원자력발전의에너지원은우라늄의핵분열에너지

21 NPP 의안전관련특징 특유의특징과기본안전기능 운전중지이후에도많은에너지방출이오랜시간동안진행 열발생과열제거의균형 노심으로부터잔류열제거 공학적안전설비 (ex. ECCS) 노심 ( 연료 ) 에많은양의방사능물질 방사능물질의밀폐 운영폐기물관리 누출사고제한 심층방어 고유파워레벨과갑작스런출력급증불가능 반응도관리 빠른운전중지시스템 되먹임기전의내재

22 열발생과열제거의균형 열정산 열발생 = 열제거 안전 열발생 < 열제거 위험하지않음 열발생 > 열제거 매우위험함

23 열발생 > 열제거 Protection Against(WASH-1400) Overpower: Power excursion from rated power 노심냉각에서의감소 : 과냉 W ρ v A ρ : coolant temperature rise or boiling, LOFW, LOHS etc. v : pump failure etc. A : flow blockage etc. Loss of Reactor Coolant: LBLOCA, SBLOCA etc. Steepen coolant boiling Emergency Core Cooling System Residual Heat Removal System

24 심층방어단계 1 단계 목적 비정상운전과실패방지 ( 정상운전 ) 방법 보수적인설계와고품질의건설및운전 2 단계 목적 비정상운전관리와실패탐지 ( 비정상운전 ) 방법 관리, 제한및보호시스템과감시기능 사고방지 3 단계 (DBA) 목적방법 설계기준을바탕으로사고관리 공학적안전설비와사고절차 심각한노심손상방지 4 단계 목적 사고진행과중대사고완화를포함한심각한원전상태관리 (DBA 이상 ) 방법 보완제도와사고관리 5 단계 목적 방사능물질대량누출완화 ( 대량누출 ) 방법 현장비상대응

25 설계기준사고 (Design Basis Accidents) 1. 냉각재상실사고 (Loss of Coolant Accidents) 2. 주증기배관파손사고 (Main Steam Line Break) 3. 증기발생기세관파단사고 (Steam Generator Tube Rupture)

26 중대사고 (Severe Accidents) 자연재해등설계기준사고에서고려하지못했던사고 Beyond Design Basis Accidents(BDBA) Hypothetical Accidents

27 대표적인방사능생성량 (for a 1000MWe NPPs) 위치 총계 (Curies) Core Inventory 분율 Fuel Gap Total Fuel Gap Total 노심 (a) 8.0 X X X X X 사용후핵연료저장조 (Max.) (b) 1.3 X X X X X X 10-1 사용후핵연료저장조 (Avg.) (c) 3.6 X X X X X X 10-2 수송용기 (d) 2.2 X X X X X X 10-3 연료보급 (e) 2.2 X X X X X X 10-3 배출가스저장탱크 X X 10-5 액체폐기물저장탱크 X X 10-8 (a) (b) (c) (d) (e) Core inventory 는운전해지 ½ 시간후의활동바탕 3/2 노심로딩의인벤토리 ; 붕괴 3일과 3/1의노심그리고붕괴 150일과 1/3 노심 ½ 노심로딩의인벤토리 ; 붕괴 150일과 1/6 노심그리고붕괴 60일과 1/3 노심 7 PWR이나 17 BWR 연료집합체의붕괴 150일인벤토리바탕한연료집합체의붕괴 3일인벤토리

ECCS 의판정기준 10CFR50.46: LWR 의 ECCS 기본조건 1. 첨두피복재온도 (Peak Clad Temperature) 계산된최대연료의첨두피복재온도는 2200 o F 를넘지않는다 2. 최대피복재산화도 (Maximum Cladding Oxidation) 계산된총피복재의산화는산화전의총두께의 17% 를초과한다 3.

28 ECCS 의판정기준 10CFR50.46: LWR 의 ECCS 기본조건 1. 첨두피복재온도 (Peak Clad Temperature) 계산된최대연료의첨두피복재온도는 2200 o F 를넘지않는다 2. 최대피복재산화도 (Maximum Cladding Oxidation) 계산된총피복재의산화는산화전의총두께의 17% 를초과한다 3. 최대수소생성량 (Maximum Hydrogen Generation) 피복재의화학반응으로부터생성된총수소량은피복관안의플래늄을둘러싸고있는금속이반응했을때생성될가능성의가설량 1% 를초과하지않는다 4. 냉각이용이한구조 (Coolable Geometry) 노심구조의계산된변경사항이될수있는것은노심이냉각될수있도록수정유지되는것이다. 5. 장기냉각 (Long-Term Cooling) 계획된 ECCS 의초기운전후, 계산된노심온도는받아드릴수있는낮은점에서유지되고붕괴열은노심에머무르고있는장기수명의방사능을제거된다

29 원자력발전소의안전성 원자력발전소의다중방호개념 다중방호를통해방사능유출을원천봉쇄함

30 원자력에대한의구심 1. 폭발가능성 2. 방사선에의한피해 3. 원전폐기물의안전성

31 원자폭탄과원자로의비교 원자폭탄 고농축핵분열성물질의핵연료사용 기하급수적으로증가하는핵분열연쇄반응 : 제어불가 우라늄 235 중성자 원자로 우라늄 238 우라늄 235 저농축핵분열성물질의핵연료및잉여중성자흡수 제어가능한속도의핵분열연쇄반응 우라늄 235 중성자 흡수 (U238) 흡수 (U238) 우라늄 238 우라늄 235

32 방사선 방사선이란? 불안정한원자가안정한원자로바뀔때방출하는입자나전자기파를방사선이라함 - 알파선 (α), 베타선 (β), 감마선 (γ), X- 선, 중성자등이있음 원자로와방사선 연료의핵분열을통해 2~3개의불안정한가벼운핵이생성되며이들이안정되기위해방사선을방출함 발생한방사능물질의 99% 는핵연료내부에잔류함 나머지 1% 의방사능물질도다중방호벽에의해차폐

33 Chap. Ⅲ 원자력딜레마와우리의현실

34 원자력의딜레마와우리의현실

35 생각해볼문제

2009_KEEI_연차보고서

2009_KEEI_연차보고서 http://www.keei.re.kr KOREA ENERGY ECONOMICS INSTITUTE KEEI ANNUAL REPORT 2010. 5 KOREA ENERGY ECONOMICS INSTITUTE 3 KOREA ENERGY ECONOMICS INSTITUTE 4 KOREA ENERGY ECONOMICS INSTITUTE 5 KOREA ENERGY