【에너지타임즈】 경북 울진으로 가는 길. 이곳은 한수원 사업장 중 가장 기피 사업자 중 한다. 지금이야 고속도로와 산업도로가 정비되면서 가는 길이 예전처럼 힘들진 않지만 그래도 물리적으로 접근성이 떨어지는 것은 어쩔 수 없다.

신한울원전 1호기가 상업 운전을 시작한 지 두 달 남짓 흐른 지난달 22일 한수원 초청으로 산업시찰에 나선 기자단은 07시 30분경 서울에서 출발해 지난 11시 30분경에 한울원자력본부가 있는 경북 울진에 도착했다. 꼬박 4시간이 걸렸다. 서울에서 출발하면 한울원자력본부는 울진의 관문이 된다. 울진의 최북단에 자리하고 있어서다.

울진은 우리나라를 대표하는 원전 도시다. 원전이 많이 가동되고 있어서 그런 것만은 아니다. 한국형 원전이 자립하는 땅이란 점에서 남다른 의미가 있다는 것이다.

한울원전 1‧2호기는 프랑스 기술로 지어졌으나 이후 건설된 한울원전 3‧4호기는 우리나라 최초의 기술 자립 원전이다. 한국형 원전의 시작은 이곳에서 시작했다고 보면 된다. 그리고 지난해 12월 준공한 신한울원전 1호기도 3세대 한국형 원전을 완전히 국산화시킨 원전으로 손꼽힌다.

그래서 2세대 원전과 3세대 원전의 완전 국산화는 이곳 울진에서 완성됐고, 그래서 울진은 우리나라 원전산업을 도약시키는 토양 역할을 하는 그런 중요한 역할을 한 그런 땅이 된 것이다.

반면 신한울원전 1·2호기 건설 기간은 대통령이 무려 4명이나 거쳐 가는 등 흑역사도 있다.

본지는 신한울원전 1·2호기가 가진 빛과 어둠을 조망해본다.

원전 도시 ‘울진’
2·3세대 한국형 원전 효시

경북 울진에 자리 잡은 한울원자력본부는 1980년 11월 건설사무소가 건설되면서 뿌리를 내렸다. 원전 도시로 도약하는 씨앗이 뿌려진 것이다.

시작은 외국 기술에 의존할 수밖에 없었다. 한울원전 1·2호기(발전설비용량 950MW×2기)가 프랑스 노형으로 건설됐기 때문이다. 1호기는 1988년 9월, 2호기는 1989년 9월에 각각 상업 운전을 시작했다.

대한민국 원전 건설사를 살펴보면 외산 기술에 전적으로 의존하던 외국 기술 의존 기간에 고리원전 1·2호기(1978·1983년 준공)와 월성원전 1호기(1983년)가 건설됐다. 이후 기술 축적 기간에 접어들면서 고리원전 3·4호기(1985·1986년)와 한빛원전 1·2호기(1986·1987년), 한울원전 1·2호기(1988·1989년)가 건설됐다. 한울원전 1·2호기는 이때 건설된 것이다.

그러면서 기술 자립 기간에는 한빛원전 3·4호기(1995·1996년)가 건설되는데 이 원전은 우리가 독자적인 설계를 하지 않아 기술 자립엔 성공했다고 보지는 않아 2세대 원전이자 한국형 원전인 한국표준형원전인 OPR1000 효시라고 볼 수 없었다. 그리고 건설된 한울원전 3·4호기(1998·1999년)가 기술 자립의 효시가 된 것이다. 그래서 한울원전 3·4호기는 한국형 원전의 효시란 타이틀을 달고 있다.

그리고 한울원전 5·6호기가 2004년 7월과 2005년 4월에 각각 준공되면서 울진에서 2세대 원전인 OPR1000 건설은 마무리됐다.

업계 관계자 얘기를 종합해보면 당시 로켓기술만큼이나 확보하기 어려운 원전 기술을 우리가 확보할 수 있었던 배경엔 당시 글로벌 원전 시장이 위축됐던 것이 손꼽힌다. 1979년 스리마일섬 원전 사고와 1986년 체르노빌 원전 사고가 발생하면서 세계적으로 신규원전 건설이 대부분 중단됐지만 우리는 신규원전 건설을 추진했다. 그 결과 시장을 잃은 기업은 기술 이전을 조건으로 우리 시장에 진출했고 우리는 기술을 확보할 수 있게 된 것이다.

그러면서 우리는 2세대 원전인 OPR1000 기술력을 기반으로 3세대 원전인 신형가압경수로인 APR1400을 개발하게 된다.

APR1400은 OPR1000 노형으로 마지막에 지어진 신고리원전 1·2호기와 신월성원전 1·2호기의 기본설계를 바탕으로 개발됐다. 발전설비용량이 1000MW에서 1400MW로 늘어나는 한편 설계수명이 40년에서 60년으로 늘었다. 용량뿐만 아니라 설계수명이 늘어난 것이다. 게다가 내진성능이 규모 6.5에서 규모 7.0으로 개선되기도 했다.

국내에서 APR1400으로 건설된 원전은 새울원전 1·2호기(舊 신고리원전 3·4호기)로 2016년 12월과 2019년 8월 각각 준공됐다. 다만 APR1400 노형을 적용했지만 국산화되지 못한 설비가 있는데 바로 원자로냉각재펌프(Reactor Coolant Pump)·원전계측제어시스템(MMIS)이다. 이 설비의 국산화를 완료하고 처음으로 적용한 원전이 바로 신한울원전 1·2호기(발전설비용량 1400MW×2기)다. 이 원전은 이른바 APR1400 끝판왕인 셈이다.

핵분열부터 전기생산까지
온배수 방사선 절대 있을 수 없어

신한울원전 1·2호기 건설 프로젝트는 한울원전 5·6호기 건설이 중반을 넘어갈 때쯤이었던 2000년 전력수급기본계획에 반영되면서 본격화됐다. 이후 2010년 3월까지 전원개발 예정 구역 지정 고시와 함께 건설 기본계획 확정, 발전사업허가 취득, 실시계획승인 취득, 종합설계용역 계약 체결, 원자로 공급 계약 체결, 공사 계약 체결 등의 과정을 거쳐 2010년 4월 당시 대통령이었던 이명박 대통령이 참석한 가운데 착공식이 열렸다. 본격적인 공사가 시작된 것이다. 그리고 1호기가 지난해 12월 상업 운전을 시작했다.

신한울원전 1·2호기는 노형이 다른 월성원전을 제외한 다른 원전과 같이 1차 측과 2차 측으로 나눌 수 있고, 격납건물인 1차 측은 방사능물질이 존재하는 곳이라면 터빈건물인 2차 측은 방사능물질이 없는 곳으로 나눠볼 수 있다.

원전은 격납건물 내 설치된 원자로에서 핵분열을 통해 발생한 열이 증기발생기에서 물이 수증기로 만들어지면, 이 수증기는 터빈건물로 옮겨져 고압터빈과 저압터빈을 돌린 뒤 복수기에서 다시 물로 변해 순환된다. 이 같은 과정을 거치면서 전기가 생산된다.

원전과 석탄발전이 다른 부분은 열을 생산하는 방식이다. 원전은 원자로, 석탄발전은 보일러라는 것을 제외하면 나머지 과정은 같다고 볼 수 있다. 다만 원전과 석탄발전이 다른 점은 안전성을 위해 온도를 제한하는 것이다. 원전은 원자로 내부 온도를 320℃ 정도로 제한하는 반면 석탄발전은 보일러 내부 온도를 500℃ 이상으로 운영해 효율을 극대화하도록 운영하고 있다. 그 결과 터빈의 RPM도 석탄발전은 3600RPM이나 원전은 1800RPM으로 운영되고 있다.

그렇다면 분리·차단된 1차 측과 2차 측에서 열은 어떻게 교환될까. 열교환 방식이다.

원전에서 용수는 1차 계통수와 2차 계통수, 순환수 등 3개로 크게 나눠진다. 1차 계통수는 원자로 내에 있는 용수로 핵분열로 인해 발생하는 열에 의해 데워진다. 원자로에 연결된 가압기가 압력을 높여줌으로써 이 용수는 320℃에도 끊지 않고 액체 상태를 유지된다. 가압경수로라고 부르는 이유가 바로 여기에 있다.

이렇게 달궈진 1차 계통수는 증기발생기에 들어가고, 2차 계통수는 열교환 방식으로 1차 계통수의 열을 받으면 이 용수는 수증기로 바뀌게 된다. 반면 1차 계통수는 다시 원자로로 순환된다.

2차 측으로 옮겨진 2차 계통수 수증기는 고압터빈과 저압터빈을 돌린 뒤 복수기에 들어가 순환수에 의해 수증기는 용수로 바뀌고 다시 증기발생기로 순환된다. 2차 계통수 수증기를 용수로 바꾼 순환수는 다시 바다로 배수되는데 이 물이 바로 온배수다. 온배수는 해수 온도를 1~2℃가량 상승시키는 것으로 알려져 있다.

1차 계통수는 방사능물질을 포함하고 있지만 2차 계통수와 순환수는 방사능물질을 갖고 있지 않고 있다. 그런 탓에 바닷물인 순환수는 방사능물질에 오염될 가능성이 물리적으로 있을 수 없다고 한수원 측은 설명했다.

엄밀하게 따져보면 1차 측인 격납건물 내에 방사능물질인 가득 차 있는 것으로 알려져 있으나 원자로 내에만 방사능물질이 있다고 한다. 실제로 격납건물 내 방사선이 있긴 하지만 선량이 미미해서 무시해도 될 정도다. 그래서 원전이 가동 중이더라도 격납건물 내 출입이 가능하지만 안전상 출입을 엄격히 통제하고 있다고 한다.

 

APR1400 끝판왕 신한울 #1·2
마지막 남은 RCP·MMIS 국산화 개발·적용

신한울원전 1·2호기를 왜 APR1400 끝판왕이라고 부를까. 두 번째 APR1400 노형을 적용한 원전이지만 선행호기인 새울원전 1·2호기에서 국산화하지 못했던 기자재인 RCP·MMIS를 국산화했기 때문이다.

신한울원전 1·2호기에 국산화한 RCP이 탑재됐다. 이 설비는 원자로와 증기발생기 중간에 설치돼 있고, 1차 계통수를 강제로 순환시키는 역할을 한다. 핵분열로 발생한 열이 한곳에 머물러 있지 않게 되는 것이다.

증기발생기만큼이나 고난도 기술은 아니지만 이제야 국산화된 이유는 경제성 측면에 있는 것으로 알려져 있다. 경제성 때문에 국산화라 미뤄져 국산화 순위에서 밀린 것이다.

이번에 국산화한 RCP는 원천기술을 가진 오스트리아 기업과 두산에너빌리티가 개발했다. 1호기에 설치된 RCP는 오스트리아 현지에서 제작됐고, 2호기는 경남 차원에서 제작됐다.

주 제어실이 있는 보조건물로 이동한 기자단은 이곳에서 또 다른 가치를 찾았다. 원전의 두뇌 신경망이라고 할 수 있는 MMIS가 처음으로 국산화됐기 때문이다. 선행호기인 새울원전 1·2호기엔 웨스팅하우스 제품이 탑재돼 있다고 한다.

MMIS는 원전의 운전상태를 상시 감시·제어하고 이상 상태를 발견했을 땐 원자로를 안전하게 정지시키고 안전한 상태를 유지할 수 있도록 중요한 역할을 하는 설비다.

특히 국산화한 MMIS는 아날로그 방식의 제어를 자동화 방식의 제어로 전환했다는 것이 괄목할 만한 성과다. 이제야 자동화 기능이 탑재된 것인데 주 제어실만 보더라도 원전이 최첨단이란 단어가 어울리지 않는 이유가 여기에 있다.

홍승구 한울원자력본부 기술실장은 “원전이 최첨단 장비로 운영되고 있는 것처럼 보이나 그렇지 않다. 안전상 문제가 없다는 확신이 있을 때까지 원전 기자재로 사용할 수 없다”고 설명했다. 그러면서 “우리나라에서 운영되는 원전 중에 자동화 방식이 적용된 최초의 원전이 바로 신한울원전 1·2호기”라고 강조했다.

신한울원전 1·2호기에 탑재된 MMIS는 두산에너지빌리티에서 소프트웨어를 개발했고, 국내 기업이 하드웨어를 제작했다고 한다.

특히 주 제어실은 3중 안전장치로 구성돼 있다. 자동 설비가 오작동이나 고장을 일으키면 같은 공간에 있는 아날로그 설비를 통해 원전을 제어할 수 있도록 구축됐다. 그런데 만약에 주 제어실에 화재가 발생하는 등 원전을 제어할 수 없게 된다면 어떻게 될까. 다른 공간에 원전을 제어할 수 있는 제어실이 또 있다.

홍 실장은 “주 제어실에 화재가 발생하면 화재를 진압하기보다는 폐쇄하는 것을 중심으로 수습을 하게 되고, 원전 제어를 다른 공간에서 할 수 있도록 시스템을 갖추고 있다”고 설명했다.

 

사용후핵연료 저장조
방사성물질 있으나 방호복 없이 작업

핵분열을 한 사용후핵연료는 어떻게 보관될까. 기자단이 마지막으로 방문한 곳은 사용후핵연료 저장조다. 이곳은 발전을 끝낸 핵연료를 임시로 보관하는 곳이다.

일반적으로 사용후핵연료 저장조는 20년 동안 사용한 사용후핵연료를 보관할 수 있도록 설계된다. 신한울원전 1·2호기 사용후핵연료 저장조는 가로 12.8m, 세로 10.8m, 깊이 12m로 건설됐다.

붕소가 있는 이 저장조는 방사능물질인 사용후핵연료에서 나오는 방사선을 차폐하는 기능을 하는 한편 가장 중요한 것은 사용후핵연료를 냉각하는 역할을 하게 된다.

발전을 끝낸 사용후핵연료는 중성자를 잡아먹는 붕소로 인해 핵분열을 멈추게 되는데 이유는 중성자가 없으면 핵분열을 할 수 없기 때문이다. 사용후핵연료가 안정화를 찾아가는 과정에서 발생하는 방사선도 물에 차폐되면서 이 공간은 사용후핵연료가 있음에도 불구하고 방사선이 없는 공간이 되는 것이다. 방사선은 물과 부딪히면서 에너지를 잃게 되는데 이 에너지를 잃으면 소명된다.

그래서 사용후핵연료에서 나오는 방사선은 공기 중으로 올라오기 전에 에너지를 잃게 되면서 없어지게 되는 것이다.

실제로 작업자는 이곳에 혹여나 해서 방사선 측정기를 달고 출입하긴 하지만 방호복 등을 착용하지 않고 작업을 할 수 있다.

이곳은 방사성물질이 있으나 방사선이 없는 공간인 셈이다.

그렇다면 사용후핵연료는 원자로에서 저장조로 어떻게 옮겨질까.

물은 방사선 차폐 능력이 뛰어나기 때문에 물 밖으로 나온다면 문제가 되겠지만 물속에선 안전한 상태다. 발전을 끝낸 사용후핵연료가 물 밖으로 나오지 않게 배관을 통해 옮겨진다. 그래서 방사선 배출 없이 사용후핵연료를 저장조로 옮길 수 있게 된다.

이곳에 보관했던 사용후핵연료는 일정 기간이 흘러 냉각이 되고 방사능물질이 안정화를 찾으면서 방사선 배출량이 줄어드는 이른바 반감기에 이르게 되는데 이때 건식저장 시설이나 방사성폐기물 처분장으로 옮겨져 관리된다.

 

정치 만난 신한울 #1·2
공기 가장 긴 원전이란 흑역사 기록

신한울원전 1·2호기는 그동안 국산화하지 못했던 부분까지 모두 국산화하는 등 3세대 원전인 APR1400 끝판왕이란 측면에서 분명 충분한 가치가 있다. 우리나라 원전 기술의 우수성과 원전건설 능력을 세계적으로 널리 알리는 계기가 됐다.

그런 이면으로 신한울원전 1·2호기엔 흑역사도 있다. 이유를 불문하고 공사 기간이 제일 길었던 원전이란 불명예를 안은 것이다.

신한울원전 1·2호기 건설 기간은 2010년 4월 시작해서 올해 말 예정된 2호기 상업 운전이 계획대로 이뤄진다면 건설 기간이 13년을 넘기게 된다. 보통 10년 내외란 점에 비춰볼 때 건설 기간이 늘어난 것이다.

신한울원전 1·2호기 건설보다 2년 뒤인 2012년 7월 건설을 시작한 UAE 바라카(Barakah)원전은 2021년 4월 1호기 상업 운전을 시작으로 최근 3호기까지 상업 운전에 돌입했다. 2년이나 늦게 공사를 시작한 바라카원전이 3호기까지 상업 운전하는 동안 우리나라에서 건설된 신한울원전 1·2호기는 1호기만 상업 운전을 했다는 것은 시사하는 바가 크다.

원전업계 한 고위관계자는 바라카원전 건설과 관련해서 자국의 전력 수급이 여유로워 준공을 미뤄달라는 요구를 했고 이를 반영했음에도 불구하고 10년이 걸리지 않았다고 설명하기도 했다.

원전 업계는 원자력안전위원회 인허가가 늦어지면서 이 같은 참담한 결과가 나왔다고 입을 모은다. 물론 신한울원전 1·2호기 건설 기간 내 내진성능 강화 등의 이슈가 있긴 했으나 조족지혈이라는 것이다.

신한울원전 1호기 기준으로 2010년 4월 본격적인 건설을 시작했으며, 2011년 12월 건설 허가 취득, 2011년 12월 본관 기초 굴착, 2012년 5월 공사계획인가 취득, 2012년 7월 최초콘크리트 타설, 2014년 4월 원자로 설치, 2015년 3월 초기전원 가압, 2016년 11월 상온 수압 시험 착수, 2017년 9월 고온 기능 시험 착수 등 공사가 순조롭게 진행됐다.

다만 한수원은 2017년 문재인 정부가 출범하고 에너지 전환 정책이 추진되면서 운영 허가를 2021년 7월에나 받았다. 1년도 걸리지 않는 기간이 4년이나 늘어난 것이다.

이 같은 이유에서 신한울원전 1·2호기는 역사상 유례를 찾아볼 수 없는 건설 기간 13년이란 흑역사를 안은 원전으로 남게 됐다.

특히 원전 수출에 드라이브를 걸고 있는 가운데 우리의 강점은 적기 준공이다. 윤석열 대통령이나 이창양 산업부 장관, 정승일 한전 사장, 황주호 한수원 사장 등은 한국형 원전의 강점으로 적기 준공을 내세운다.

그런데 이들의 발언은 반은 맞는 말이지만 받은 틀린 말이다. UAE에선 성공했으나 국내에선 그렇지 못했기 때문이다.

에너지 정책이 정치를 만나지 말아야 하는 이유가 여기에 있다고 업계 관계자들은 입을 모았다.