원자력 발전관련 산업이 살아날 수 있는 방법

<한울 원전 - 한수원 홈페이지에서 발췌>

2020년을 눈 앞에 두고 있는 현재, 사실, 더 이상 원자력 발전은 필요하지 않다.
왜? 환경적인 문제 떄문에? 아니다.

순전히 전력 시스템적으로만 말하면, 원자력 발전이 한국의 부하특성을 더 이상 만족 시키지 못하기 때문이다.
좀 더 신랄하게 말하면, 한국의 원전은 한국 경제와 산업에 있어 필요가 없어지고 있기 때문이다.
더 심하게 말하면 원전산업은 한국에 있어 사양산업이기 때문이다.

왜냐하면, 한국의 산업중 대규모 전력을 필요로 하는 분야가 급격히 경쟁력을 잃고 있기 때문이다.

외제차 타는 만큼, 원전을 지을 필요가 없어진다.

사실이다, 그것도 아주 강력하게 사실이다.
왜냐하면, 한국의 전력 전체에서 25% 정도를 차지하는 원전에서 생산되는 전력의 60~80%가 자동차 산업과 연관된 부분에 공급되기 때문이다.

그 중에서 가장 많은 전력이 들어가는 것이 바로 제철/제강/제련 분야,
특히 자동차용 고장력 강판을 만드는 분야이다.
(그 외에는 고철기반 철강 생산 분야와 비철금속 분야 -구리/알루미늄 제련 분야)

자동차용 고장력 강판은 전통적인 코크스 기반으로 만들어진 철강에 실리콘, 망간등의 요소를 투입하고 시간에 따른 온도 변화를 통해 만들어지는, 가장 수요가 많은 합금류이다. 제작 방법에 따라 정말 여러가지 특성을 가진 강판들이 나온다.
(중국산 철강은? 2018년 현재는, 많은 경우 이런 합금강의 재료가 되는 탄소강 압연 코일까지다. 원래는 코크스 용광로에서 전기로까지 일관 생산이 가장 코스트를 낮추는 방법이 되겠지만, 중국산 철강이 일관 생산보다 더 싸게 합금강을 만들 수 있을 정도로 저렴하게 들어온다면? )

문제는 이 고장력 강판은 전기 용광로를 통해야만 생산된다는 점이다.

전기 용광로에 투입되는 전력량은 말 그대로 상상을 초월한다. 환경단체가 현대제철 한 사업체에 어떻게 하나의 원전이 할당될 수 있느냐고 항의하지만, 사실, 한국 전체의 제철산업 분야에만 5대의 원전이 할당된다. (2018년 기준으로 10기의 원전이 평균적으로 운용되고 있다. 그 중 제철 부분만 그렇다, 나머지 비철금속 제련 분야,
요업산업 분야는 제외...) 그만큼 어마어마한 양의 전력을 소모한다. 그것이 중국산 철강에 경쟁력을 가질 수 있는 한국산 철강이다. (전기 용광로를 통해 각종 합금류를 만드는 프로세스는 당연 기업 비밀이고 철강 기업이 가진 노우하우이다.)

지금은 21세기 중간이다. 세계 최대의 제철소는 중국에 있으며, 그 설비와 시설은 세계 최첨단이다. 가장 최신형이다.

유럽 (룩셈부르크-라인강 유역), 미국 (US 스틸), 일본 (신일본제철) , 한국(포철) 보다 더 최신 설비이며, 최신 기술을 적용하고 있으며 생산량도 월등하다. 한국으로서는 급격히 경쟁력을 잃을 수 밖에 없다.

유일하게, 경쟁력을 가질 수 있는 분야가 합금강 분야다. 바로 전기 용광로를 사용하는 분야
전기 용광로를 사용하는 이유는 단 한가지다. 바로 온도 제어가 가능하기 때문이다. 이를 통해 용융된 철강에 들어가는 각종 원소들의 최적 용융을 통해 생산된 합금강의 품질을 높여 가격 경쟁력을 가질 수 있기 때문이다.

거기에, 각종 비철금속의 제련 역시 모조리 전기 용광로를 사용한다.

의외로 한국의 원자력 학계는 자신들이 몸담고 있는 산업 분야가 다른 어떤 산업에 가장 밀접하게 관계를 가지고 있는지 전혀 모르는 것 같아 어이가 없다. 왜냐하면 여름철 가정용 에어콘 수요 가지고 원전이 필요하네 마네 그러고 있으니까..

진실을 말하자면, 원전과 가정용 전기는 아무런 관련이 없다. 가정용 전기는 거의 100% LNG 발전과 신재생이 담당하고 있다. 원전과 석탄화력은 가정용이 아닌 특히 원전의 경우는 100% 산업용 전기다.

한국에서 원전의 필요성이 사라지고 있다고 하는 것은 이렇게 대규모 전력을 사용하는 산업 분야가 갈수록 경쟁력을 상실하고 퇴보하고 있기 때문이다.

특히 2010년대 중반 부터 시작된 한국의 자동차 생산 댓수의 급감은 한국 원자력계에게는 사실상 사형선고나 다름 없다. 더 이상, 한국의 부하특성은 원전을 필요로 하지 않는다.

그냥, 중국에서 철강을 수입하고, 비철금속 완제품 수입하고 그러면 끝이다. 석유화학 플랜트도 전력을 많이 소비하기는 하지만, 제철산업/비철금속 제력 분야만큼 전력을 소비하지는 못한다.

전기는 저장이 불가능한 에너지이기 때문에 그런 것이다.

그렇다면 한국의 원자력 산업계는 이대로 멸망 밖에 남은 것이 없다는 의미인가?
사실, 그렇다. 사양 산업이고 멸망만 남았다.
현재의 원자력 공학과 커리큘럼을 그대로 유지하는 한.

한국 원자력 산업이 살아남는 방법

솔직히 현재 한국의 원자력 공학관련 커리큘럼은 현실의 요구를 제대로 반영하지 못하고 있다.
까놓고 얘기해서 원자로 설계에만 집중되어 있는 커리큘럼 아닌가. 미안하지만, 한국에서 원전 분야 제외하고 원자력 공학이 필요한 분야는 군수산업 (그것도 원자력 추진 잠수함) 분야 외에는 사실상 없다.

한국의 원자력 공학 분야는 말 그대로 우물안 개구리였던 것 뿐이다.

그런데, 한국의 원자력 공학 분야가 살아날 길이 없는 것은 아니다.

원전의 터빈과 발전설비를 다양화 시키는 방법이 있다.
즉, 원전에서 생산된 스팀의 압력을 유지하면서 이를 여러개의 분산된 다수의 터빈으로 보내, 분산된 다수의 동기 발전기를 돌리는 방법이다.

다시말해 분산된 스팀의 압력을 잘 유지시키면서 사용되지 못한 스팀은 그냥 열교환을 통해 회수될 수 있도록 하는 기술이 필요하다. 쉽게 말해 하나의 원전이 다수의 여러 출력을 가지는 LNG 발전소처럼 운용되도록 해야 한다는 것이다.

그러면 왜 이런 짓을 하는가?

현재 한국의 부하 특성은 예전 보다 더욱 1일 최저 부하와 최고 부하 사이의 간격이 넓어지고 있다.
이 부하를 카버하는 것은 원전이 아니다. 순전히 LNG 발전소이다.

위 그림은 지난 7월 23일. 최대 전력 수요인 9400만KWh (94GWh) 를 기록했던 7월 26일인가.. 보다 3일전의 전력 수요 그래프다. 대충 봐도 최대 전력 수요는 90GWh를 넘어가는데 반해, 최저 전력은 55GWh 이다. 이 그림에서 무려 최대와 최소 전력 수요 차이 35GWh 중 (거의 전력수요의 40%에 해당하는 부분...) 원전이 담당하는 부분은?

단 1%도 없다.
그도 그럴 것이, 원전은 최저 부하량인 55GWh 이하를 담당하기 때문이다. 지금 문제가 되는 40% 가량의 전력 수요는 거의 모조리 LNG 발전이 담당한다. 석탄화력은 안되냐고 미안하지만, 석탄화력은 시동 걸어서 정격출력 나오는데 3~6시간 걸린다. 정확하게 전력 수요를 맞추기가 매우 어렵다. (원전은 시동에 짧으면 3일 길면 15일이다..)

이러한 특성을 가진. 다수의 LNG 발전소는 비교적 소규모이며 동시에 소규모라는 특성에 의해 발전 용량을 가변시킬 수 있는 설비를 가지고 있다. 이것이 가능한 이유는, 정말 규모가 작기 때문에 제어 가능한 전력 설비를 이용할 수 있기 때문이다. (대규모 전력 생산은 미안하지만 사실상 제어가 불가능하다. 그게 현재의 기술한계다.)

이러한 소규모 전력의 제어를 통해 우리나라는 전력수요의 변화에 대처한다. 대형 석탄화력이나 원전은 이러한 전력 수요 변화에 대응이 거의 불가능하다. (그나마 석탄화력은 최근 기술 발전을 통해 15%까지 출력 변화가 가능하다고 한다. 그런데, 한전은 시스템 안정성 때문에 5% 까지만 허용한다. 안 그러면 전국적 규모의 블랙아웃이 발생할 수 있다. 페란티 효과 때문에..)

원전은 원자로를 통해 엄청난 양의 스팀이 생성된다.
따라서 엄청나게 큰 터빈을 돌려서 엄청나게 큰 발전기 권선을 돌릴 수 있다. 당연히 엄청나게 대규모로 전력이 생산된다. 단, 부하가 줄어들거나 늘어난다고 해서 그에 맞춰 전력을 생산할 수 없다. 딱 정해진 용량 만큼만 전력이 생산된다.

따라서, 원전의 스팀제어/터빈제어/발전기 제어 분야의 기술 발전을 통해 다수 LNG 발전소의 특성을 흡수 할 수 있도록 원전이 건설된다면, 당연히 원전의 필요성은 높아진다. 문제는 한국의 원자력 공학과는 이런 것을 연구하거나 공부하지 않는다. 오직 원자로만 연구한다.

스팀 제어/터빈 설계는 기계공학과-중공업 분야이다.
발전기 설계는 기계-전기 공학과와 중공업 분야이다.
그리고 분산 변전 설비와 이에 맞춘 다수의 대규모 ESS (대규모라 해도 원전 생산 전력의 1/10~1/100 수준이다.) 가 원전 시스템에 함께 설비 되어야만 한다. 하지만, 한국의 원자력 공학계는 이러한 것들에 대한 아무런 지식이 없다.

그러다 보니, 현 시점에서, 한국의 원자력 공학과는 현실과 동떨어지고, 실제 전력 수요 대처에도 아무런 관련도 없는 얘기만 가지고 정치적 데마고그만 하고 있을 뿐이다. 한 마디로 어이 없는 상황이다.