원자력 발전 유형과 구조

  앞선 포스팅에서 언급했듯이 이번 글은 원자력 발전 방법 및 구조에 대해서 알아보도록 할 생각이다. 발전 방법과 구조를 세부적으로 확인해야 원자력 발전의 핵심 구조와 기술이 무엇인지 구분할 수 있고, 그것이 확인된다면 관련된 핵심 기업이 어떤 것이 있는지도 알 수 있을 것이다.

 

1. 원자력의 발전 유형

  원자력 발전소는 원자로 형태에 따라 다양하다. 여기서는 현재 주력으로 사용되고 있는 가압경수로 위주로 언급하고, 나머지는 가압경수로와의 차이 어떤지 정도만 알 수 있도록 서술하도록 하겠다.

  1) 가압경수로(PWR) : 냉각수에 압력을 가해 물이 끓지 않게 하는 구조

 - 원자로 밖에 위치한 2차 계통에서 발생하는 증기가 터빈을 발전시켜 전기를 얻는 형태

 - 높은 안정성으로 세계 원자로의 68% 차지

 - 오염 발생 확률이 낮고, 외부 전력 차단 상황에서 핵분열을 억제하는 것이 가능함

 - 높은 수준의 부품 안정성을 요구하고, 원자로 설계가 복잡하여, 일부 설비 및 부품을 생산할 수 있는 업체가 제한적인 것이 특징임. 

   2). 비등경수로 (BWR)

    - 원자로 내부 증기를 통해 터빈 발전 → 증기 발생, 일본 후쿠시마 원전이 여기에 해당

    - 단순한 설계구조. 불안정. 열효율이 높다. 비용이 많이 든다. 

    - 외부 전원 상실 시 원자로에서 제어가 어려워 방사능 유출 가능성 높음.

  3). 가압중수로 (PHWR)

    - 냉각재와 감속재를 중수로 사용 → 운영비가 많이 듦. 천연 우라늄(가격 저렴) 사용

    - 고준위 핵폐기물이 다량 배출 → 운영 처리 어려움 발생

 

2. 원자력 발전(PWR) 구조

  참고로 먼저 언급하면, 진입 장벽이 있으면서 핵심이 되는 구조는 원자로의 압력용기, 증기발생기, 냉각수 펌프, 마지막으로 발전용 터빈이다.

  1). 원자로 압력용기 : 원자로의 노심을 보호하고 냉각수의 통로를 구성

    - 압력용기는 몰리브덴 강이고, 냉각수와 접촉하는 면은 스테인리스강으로 제작됨

    - 단조 프레스가 가능한 기술을 보유한 나라는 우리나라 (두산에너빌리티) 포함 5개 국가만 가능. 생산업체가 제한적

  2). 제어봉 : 핵분열로 생성된 중성자 중 일부를 흡수

    - 중성자를 흡수하지 않으면 원자로 내의 온도가 상승함. 즉 임계 상태를 유지하기 위해 중성자 수 조절은 필수

  3). 증기발생기 : 열 교환기 역할

    - 크기가 크고 설계가 복잡하여 진입장벽이 높음. 우리나라는 두산에너빌리티가 가능

  4). 냉각수 펌프 : 냉각수 순환을 시키는 장치

    - 대류현상에 의해 자동으로 어느 정도 열은 식혀지지만, 빠르고 충분하게 식혀주기 위해서는 펌프가 필수.

    - 1차 계통 밸브는 원자로 내 높은 압력을 견뎌야 하므로 생산업체가 많지 않으며, 2차 계통 밸브는 상대적으로 간단하여 생산업체(PK 밸브, 삼신 등)가 다수

  5). 가압기 : 원자로 내부 압력을 조절하는 역할

    - 물과 증기의 균형을 일정하게 유지해야 하므로 중요한 시설이나, 진입장벽이 크지는 않음.

  6). 원전 제어 장비 : 원자로에서 발생하는 물리적 지표를 측정

    - 원자로의 환경에 따라 제어 장비를 설계해야 하므로 원자로의 운영 경험을 요구함

    - 우리나라의 두산에너빌리티가 가능하며, 진입장벽이 높음.

  7). 발전터빈 : 열에너지를 전기 에너지로 바꿔주는 역할

    - 1개의 고압 터빈과 2~3개의 저압 터빈이 있고, 이것을 직렬로 구성

    - 대형 원전에서 사용하는 터빈은 화력발전소의 터빈보다 크고 복잡하여, 생산업체가 한정적

 

3. 마치며

  이 글을 적는데 이베스트투자증권에서 발행한 산업리포트 <SMR 크기가 전부가 아니잖아요 22.06.08>를 참조하여 작성하였으며, 좋은 자료를 올려주신 애널리스트께 감사의 말씀을 전한다. 원자력이라는 것이 전기라는 매개체를 통해 가까운 듯 느껴지지만, 한편으로는 왠지 두렵고 다가가기 힘든 존재라 어렵게 느껴졌는데, 덕분에 공부하기가 수월했던 것 같다.

  그리고 이 리포트와 함께 이베스트투자증권에서 찍은 관련 영상이 있는데, 이것도 같이 참고하면 공부하는 데 도움이 될 것이다.

  마치기 전에 한 가지 더 전하고 싶은 말은 이 글을 포함해서 다음에 포스팅할 '원자력 발전소 관련 종목'은 내가 공부한 내용을 기록해둔다는 의미가 있는 것이지, 종목 추천을 목적으로 작성하는 것은 아니라는 것이다. 투자할 때는 여러 내용을 추가로 더 확인해보고, 충분히 분석한 다음에 하는 것이 후회가 남지 않을 것이다.