AI시대 핵심 된 신한울 원전, 재생에너지와 공존 과제 남겨

[울진(경북)=이데일리 정두리 기자] 경북 울진군 북면 해안가에 들어서자 거대한 회색 돔 구조물이 눈앞을 압도했다. 동해를 마주한 신한울 원전이다. 원자로 건물 높이는 76.66m로 아파트 27층 규모에 달한다.

신한울 제1발전소(왼쪽 1호기, 오른쪽 2호기). 사진=한수원

지난 14일 찾은 한국수력원자력 한울원자력본부는 국내 최대 원전 단지다. 현재 한울 1~6호기와 신한울 1·2호기 등 총 8기의 원전이 가동 중이며, 신한울 3·4호기까지 완공되면 국내 최대 규모인 10기 체제가 구축된다.

인공지능(AI)과 데이터센터 산업 확대로 전력 수요가 급증하는 가운데 원전은 다시 에너지 안보의 핵심 전원으로 주목받고 있다. 신한울 1·2호기에는 발전용량 1400MW급 한국형 신형 원전(APR1400)이 적용됐다. 기존 한국표준형 원전(OPR1000)보다 출력은 높아졌고 안전성은 강화됐다. 운영허가 기간은 기존 40년에서 60년으로 늘었고 내진 성능도 대폭 상향됐다.

황민호 한수원 신한울제1발전소 운영실장이 지난 14일 신한울1호기 주제어실(MCR) 관람창에서 브리핑을 하고 있다. 사진=한수원

◇ 사용후핵연료 저장조부터 터빈룸까지…원전 내부 가보니

신한울 1호기 내부에서 가장 먼저 마주한 곳은 사용후핵연료저장조였다. 원전 내부에서도 가장 엄격한 통제가 이뤄지는 공간이다. 가로 12.8m, 세로 10.8m, 높이 12.8m 규모의 대형 수조 안에는 사용을 마친 핵연료가 보관돼 있었다. 물 자체가 가장 효과적인 방사선 차폐체 역할을 하기 때문이다. 저장조 물에는 붕소가 약 2150ppm 농도로 포함돼 있는데, 중성자를 흡수해 임계 가능성과 잔열 발생을 낮추는 역할을 한다.

원전의 심장으로 불리는 주제어실(MCR)은 비행기 조종석을 연상케 했다. 햇빛 한 줄기 들어오지 않는 278.7㎡ 공간에서 운전원들이 24시간 교대로 원전을 통제한다. 운전원 앞 수십 대 모니터에는 원자로 상태와 증기 흐름, 터빈 회전, 전력 생산 상황 등이 실시간으로 표시됐다. 원자로 운전에는 정부가 부여하는 조종감독자면허(SRO)와 원자로조종사면허(RO)가 필수다.

터빈룸은 원전 발전의 마지막 단계다. 물이 핵연료 사이를 지나며 가열되고, 증기발생기를 거쳐 생성된 약 290도의 고온·고압 증기가 터빈을 돌려 전기를 만든다. 고압터빈 1기와 저압터빈 3기, 발전기 1기가 하나의 축으로 연결돼 있으며 길이만 약 70m에 달한다. 터빈은 분당 약 1800회 회전한다. 현장 관계자는 “신한울 1호기가 지난해 생산한 전력량은 약 8821GWh로 서울시 전체 전력 사용량의 약 18% 수준”이라고 설명했다. 원전 1기가 사실상 대도시 하나를 움직이는 셈이다.

신한울 3,4호기 건설현장. 사진=한수원

◇ 신한울 3·4호기 착공…“서울 전력수요 40% 담당”

곧 이어 찾은 곳은 신한울 3·4호기 건설 현장. 2024년 10월 공식 착공한 이 곳은 또 다른 거대한 산업도시였다. 140만㎡ 규모 부지에서는 덤프트럭과 대형 크레인이 쉼 없이 움직이고 있었다. 월드컵경기장 약 197개를 합친 규모다.

신한울 3·4호기는 지난 2017년 신규 원전 건설 중단 정책으로 사업이 멈춰섰지만, 2022년 정부의 건설 재개 결정 이후 다시 공사가 본격화됐다.

우여곡절 끝에 현재 신한울 3호기는 원자로 격납건물 철판(CLP) 설치 공정이 진행 중이며, 4호기는 최초 콘크리트 타설을 앞두고 기초 지반 공사가 한창이다. 올해 4월 말 기준 종합공정률은 29.80%다. 3호기는 2032년, 4호기는 2033년 준공이 목표다.

신한울 3·4호기가 본격 가동되면 연간 약 2만358GWh의 전력을 생산할 전망이다. 이는 2024년 국내 전체 발전량의 약 3.4% 수준이다. 서울시 기준으로는 연간 전력 수요의 약 40%를 담당할 수 있는 규모다.

임하댐 수상태양광 전경. (사진=한수원)

◇ “많이 만드는 시대서 유연하게 조절하는 시대로”

다만 원전 확대와 함께 새로운 과제도 떠오르고 있다. 재생에너지 보급이 빠르게 늘어나면서 원전 역시 단순한 ‘상시 최대출력’ 운전에서 벗어나 발전량을 유연하게 조절해야 하는 상황에 놓였기 때문이다.

현재 원전은 사실상 100% 출력에 가까운 기저전원 역할을 하고 있다. 하지만 태양광 발전 비중이 높아지면서 낮에는 공급 과잉, 해가 지는 저녁에는 전력 수요 급증 현상이 반복되고 있다. 이에 따라 원전 역시 재생에너지와 조화를 이루는 ‘탄력운전’ 필요성이 커지고 있다.

한수원은 안전성을 전제로 출력 조정 확대를 추진 중이다. 내년부터 일부 원전을 대상으로 연간 약 100일 수준에서 출력을 70%까지 낮춰 운전하는 방안을 검토하고 있다. 2032년 이후에는 원전별로 최대 50% 수준까지 출력을 줄이는 감발 운전 체계를 단계적으로 도입할 계획이다. 현재 건설 중인 신한울 3·4호기에도 이 같은 체계가 적용될 예정이다.

예천양수 하부댐 전경. (사진=한수원)

◇ 원전·태양광·양수발전 결합…에너지 믹스 선봉

상황이 이렇다보니 한수원은 원전뿐 아니라 재생에너지와 전력저장 기능을 결합한 에너지 믹스 확대에도 속도를 내고 있다. 대표 사례가 경북 안동 임하댐 수상태양광과 예천양수발전소다.

다음 날 찾은 임하댐 수상태양광은 수면 52.1만㎡에 47.2MW 규모 설비를 설치해 연간 6만1670MWh를 생산하는 국내 최대급 수상 태양광 단지다. 낮에는 태양광 전기를, 밤에는 수력발전 전기를 같은 송전선로로 보내는 ‘교차 발전 방식’을 적용해 계통 포화 문제를 줄였다. 업계에서는 향후 다른 댐·양수발전소로 확산 가능한 모델로 평가하고 있다.

예천양수발전소는 상·하부댐 사이 484m 낙차를 활용해 총 800MW 규모로 운영되는 국내 최대 단일 호기 양수발전소다. 전력거래소 급전 지시 후 3~5분 안에 발전이 가능해 ‘계통 응급실’ 역할을 한다. 최근 재생에너지 확대와 함께 이용률도 9%대에서 13%대로 높아지며 적자 구조에서 흑자로 전환했다.

업계 관계자는 “과거 원전이 ‘많이 생산하는 전원’이었다면 앞으로는 안정성과 유연성을 동시에 갖춘 전원으로 역할이 바뀌게 될 것”이라며 “재생에너지 확대와 계통 안정성을 함께 고려한 운영 체계가 중요해지고 있다”고 말했다.

한수원 관계자는 “원전과 재생에너지 전반을 아우르며 전력계통 전체를 책임지는 종합 에너지 사업자로 영역을 넓혀갈 것”이라고 강조했다.