이번엔 월성 원자력 발전소에 대해서 알아보겠습니다.
우선 월성 원전은 대한민국 경상북도 경주시 양남면에 위치해 있습니다.
월성 원전은 월성 1호기가 1983년에 처음 상업 운전을 시작했습니다.
본격적으로 월성 원자력 발전소에 대해서 알아보겠습니다.
월성 원자로의 역사
건설 배경
1970년대 중반 에너지 위기 이후 안정적인 에너지 공급원 확보 필요성이 대두되면서 월성 원전 건설이 계획되었습니다.
운영 시작
월성 1호기 : 1983년에 상업 운전을 시작, 2020년에 조기 폐쇄
월성 2호기: 1997년에 상업 운전 시작
월성 3호기: 1998년에 상업 운전 시작
월성 4호기: 1999년에 상업 운전 시작
이들 각 호기는 약 700메가와트(MW)의 전력을 생산하며, 한국의 전력 수요를 지원하는 데 중요한 역할을 합니다.
중수로 원자로(CANDU)의 기술적 특성과 개략도
CANDU (CANada Deuterium Uranium) 원자로는 무겁은 물을 냉각재와 감속재로 사용하는 캐나다의 핵발전 기술입니다.
작동 원리: 중수는 중성자를 흡수하지 않고 효율적으로 감속시켜 핵분열을 촉진합니다.
기술적 장점: 높은 연료 효율, 원자로 가동 중 연료 교체 가능, 비교적 낮은 운영 온도에서도 안전하게 운영될 수 있습니다.
1. 연료 봉 (Fuel Rods): 자연 우라늄을 사용하며, 연료로서 원자로의 핵 반응을 일으키는 역할을 합니다.
2. 노심 : 원자로의 중심부로, 연료 봉과 제어봉 등이 위치하여 핵분열 반응이 일어나는 곳입니다.
3. 제어봉 (Control Rods): 원자로의 핵 반응을 제어하는 데 사용되며, 원자로의 출력을 조절하거나 완전히 멈출 수 있습니다.
4. 가압기 : 원자로 내의 압력을 조절하여 시스템이 안정적으로 유지되도록 합니다.
5. 증기 발생기 (Steam Generator): 냉각제의 열을 이용하여 물을 끓여 증기를 생성하고, 이 증기가 터빈을 돌려 전기를 생산합니다.
6. 경수 펌프 : 노심 주변의 경수(일반 물)를 순환시키는 펌프입니다.
7. 냉각제 중수 펌프 (Coolant Pumps): 원자로 내부의 무거운 물(D2O)을 순환시켜 열을 발전기로 전달하는 역할을 합니다.
8. 핵연료 탑재기 : 새로운 연료 봉을 원자로 노심에 삽입하거나 사용된 연료를 교체할 때 사용하는 장비입니다.
9. 감속재 중수 탱크 (Moderator Tank): 무거운 물(D2O)로 채워진 탱크로, 발생한 중성자의 속도를 줄여 반응률을 증가시킵니다.
10. 압력관 (Pressure Tubes): 연료 봉이 들어 있는 튜브로서, 높은 압력의 무거운 물이 순환합니다.
산합니다.
11. 증기 : 발전기에서 생성된 증기는 터빈을 돌려 전기를 생산합니다.
12. 복수기 : 사용된 증기를 냉각시켜 다시 물로 변환하는 장치입니다.
13. 격납건물 : 원자로와 주요 부품을 둘러싸고 있는 견고한 구조물로, 방사성 물질의 누출을 막고 외부 충격으로부터 원자로를 보호합니다.
월성원전은 왜 PWR이 아니라 CANDU를 쓰는가 (CANDU의 장점 !)
월성 원전이 CANDU (CANada Deuterium Uranium) 형 중수형 원자로를 선택한 이유는 몇 가지 중요한 기술적 및 경제적 장점 때문입니다:
자연 우라늄 사용
CANDU 원자로는 자연 우라늄을 연료로 사용할 수 있습니다. 이는 우라늄을 농축할 필요가 없어 연료 제조 비용이 상대적으로 낮다는 것을 의미합니다.
cf) PWR과 대부분의 다른 원자로 유형은 높은 농도로 농축된 우라늄을 필요로 합니다.
Q) 자연 우라늄은?
A) 자연우라늄은 주로 U-238과 소량의 U-235를 포함하고 있습니다. 자연 우라늄은 약 99.3%가 U-238과 0.7%의 U-235로 구성되어 있습니다.
연료 교체 유연성
CANDU 원자로는 원자로가 가동 중일 때도 연료 교체가 가능합니다. 이는 발전소의 가동 중단 시간을 줄이고, 전력 생산의 연속성을 유지할 수 있게 합니다.
PWR의 경우, 연료를 교체하기 위해서는 원자로를 일시적으로 정지해야 합니다.
효율적인 중성자 이용
CANDU 원자로는 중수(무거운 물, D₂O)를 사용하여 중성자를 느리게 하고 핵분열 반응을 유지합니다. 중수는 일반 물(H₂O)보다 중성자를 덜 흡수하기 때문에, 연료의 핵분열 효율이 높아집니다.
Q) 중수
A) 중수, 또는 중수소 물(H20에서 수소가 중수소로 대체된 D20)은 자연에서도 발견되나, 매우 낮은 비율(약 0.015%)로 존재합니다. 그래서 중수를 만들어야 되는데, 중수는 수증기 수소분리, 전기화학적 방법으로 중수를 얻어 CANDU 원자로의 감속제로 쓰입니다.
열 효율
CANDU 원자로는 상대적으로 낮은 온도에서 운영됩니다.
이는 재료에 대한 열적 스트레스를 줄이고, 원자로의 수명을 연장시킬 수 있는 장점을 제공합니다.
Q) 낮은 운영 온도
A) CANDU 원자로는 다른 유형의 원자로, 예를 들어 가압수형 원자로(PWR)나 보일링수형 원자로(BWR)에 비해 상대적으로 낮은 온도에서 운영됩니다. 이 낮은 온도는 중수를 감속제로 사용하는 결과로서, 중수는 중성자를 효율적으로 느리게 하면서도 덜 흡수하기 때문에 더 낮은 온도에서 핵분열 반응을 유지할 수 있습니다.
Q) 열적 스트레스
A) 낮은 온도 운영은 원자로 구성 요소에 가해지는 열적 스트레스가 감소합니다. 고온에서는 금속과 기타 재료들이 열팽창하고, 반복적인 가열과 냉각 사이클로 인해 재료 피로가 증가할 수 있습니다.
Q) 수명 연장
A) 낮은 온도이다보니 스트레스가 덜 가고 그렇게 되면 전체적인 구성 요소들이 수명이 연장될 수 있습니다. 이는 원자로의 유지보수 비용을 절감하고, 전체적인 운영 비용을 낮추는 효과를 가져옵니다.
안전성
CANDU 원자로는 독립적인 연료 채널을 사용하고 있어 하나의 채널에 문제가 발생해도 전체 시스템의 안전성에 미치는 영향을 최소화합니다. 또한, 중수를 사용함으로써 발생할 수 있는 중성자 누출에 대한 위험이 낮아집니다.
다양한 연료 옵션
CANDU 원자로는 다양한 종류의 연료를 사용할 수 있는 유연성을 가지고 있습니다. 예를 들어, 경수형 원자로에서 사용된 후의 소진 우라늄이나 토륨도 연료로 사용할 수 있습니다.
※ CANDU의 연료 ※
자연 우라늄
CANDU 원자로의 가장 대표적인 연료는 자연 우라늄입니다. 이는 농축을 요구하지 않기 때문에 연료 제조 과정이 상대적으로 간단하고 비용 효율적입니다.
소진 우라늄 (Depleted Uranium)
소진 우라늄은 경수형 원자로(PWR, BWR 등)에서 사용 후 남은 우라늄입니다. 이 우라늄은 남은 핵분열 물질이 적어 경수형 원자로에서는 더 이상 사용할 수 없지만, CANDU 원자로에서는 중수를 감속제로 사용하여 이 소진 우라늄으로부터 여전히 에너지를 생산할 수 있습니다. 이는 자원을 효율적으로 재활용하는 방법이며, 연료 비용을 추가로 절감할 수 있습니다.
토륨 (Thorium)
토륨은 또 다른 유형의 핵연료로, CANDU 원자로에서 사용 가능합니다. 토륨은 자연에서 풍부하게 발견되고 우라늄보다 핵 폐기물의 양이 적게 발생하는 장점이 있습니다. 토륨을 사용하면 장기적인 연료 공급 안정성을 확보할 수 있으며, 핵무기 확산 위험도 낮추는 이점이 있습니다.
혼합 산화물 연료 (MOX)
MOX 연료는 플루토늄과 우라늄의 혼합 산화물입니다. 이 연료는 다른 원자로 유형에서 생성된 플루토늄을 재활용할 수 있게 하며, CANDU 원자로에서도 사용이 가능합니다.
월성 원전의 환경 및 안전 관리
안전 프로토콜
체계적인 안전 점검 및 정기적인 안전 강화 조치를 통해 원자로의 안전성을 유지합니다. 이러한 점검은 원전 운영의 모든 측면에서 발생할 수 있는 잠재적 위험을 미리 식별하고 해결하여, 장기적으로 원전의 안전성을 확보하는 데 중점을 둡니다.
최근 업그레이드
최근에는 방사능 누출 방지를 위한 최신 안전 기술 도입, 특히 내진 설계 강화가 주요 개선 사항으로 포함되었습니다. 이는 지진과 같은 자연 재해에 대응하여 원전을 보다 견고하게 만드는 조치로, 원전의 안전 마진을 크게 향상시키고 있습니다.
cf) ※ 내신 설계 강화 ※
지진 위험 평가
설계 강화의 첫 단계는 지역의 지진 위험성을 재평가하는 것입니다. 이는 과거 및 현재의 지진 데이터를 분석하여 발전소 위치의 지진 활동도를 정확히 파악하고, 예상되는 최대 지진력을 산정하는 과정을 포함합니다.
구조적 평가 및 강화
기존 시설의 내진 성능을 평가하고 필요한 경우 구조적 보강을 실시합니다. 이는 주요 건물, 시스템 및 구성 요소가 설계 기준에 맞게 충분한 내진능력을 갖추도록 보장합니다. 필요에 따라 추가적인 보강재를 설치하거나, 보다 견고한 재료로 교체하여 건물의 내구성을 높입니다.
설비 및 시스템 업그레이드
내진 설계 강화는 또한 전기, 기계, 제어 시스템의 내진성을 강화하는 것을 포함합니다. 이는 진동 흡수 장치, 유연한 연결 파이프, 내진 지지대 설치 등을 통해 시스템과 구성품이 심각한 지진에서도 기능을 유지할 수 있도록 보장합니다.
비상 대응 계획의 강화
내진 설계 강화와 함께 비상 대응 프로토콜과 훈련 프로그램도 개선됩니다. 직원들은 지진 발생 시 즉각적으로 반응하고, 필요한 조치를 신속하게 취할 수 있도록 훈련을 받습니다.
정기적인 검토 및 업데이트
내진 설계는 정기적으로 검토되어야 하며, 새로운 연구 결과나 기술 발전을 통해 얻어진 통찰력을 반영하여 지속적으로 업데이트됩니다. 이는 안전 기준의 변화나 추가적인 보강이 필요한 경우 적시에 조치를 취할 수 있게 합니다.
에너지 정책 및 미래 전망
역할과 영향
한국의 에너지 자립을 위해 월성 원전은 기저 전력원 및 안보를 강화하고, 재생 가능 에너지와의 효율적인 에너지 믹스를 가능하게 함으로써 지속 가능한 에너지 시스템으로의 전환을 지원합니다.
미래 계획
월성 원전의 미래에 대한 계획은 현재 장기 운영과 점진적인 폐쇄 논의가 병행되고 있습니다. 이 논의는 원전의 남은 수명과 관련하여 안전, 경제성, 환경적 측면에서 균형을 찾기 위한 것입니다. 장기 운영을 통해 에너지 수요를 안정적으로 충족시키는 한편, 점진적 폐쇄 계획은 환경 보호와 지속 가능한 에너지 전환을 위한 준비 과정입니다.
※ 현재 상황 ※
현재, 월성 원전의 일부 호기에 대한 폐쇄 결정이 이미 진행되었습니다. 예를 들어, 월성 1호기는 경제성과 안전성 문제를 고려하여 2019년에 조기 폐쇄되었습니다. 이와 같은 결정은 기술적 검토, 경제적 분석, 환경적 영향 평가 등 광범위한 고려 사항에 따라 이루어집니다. 나머지 원전 호기에 대한 장기 운영과 점진적 폐쇄 계획도 이러한 맥락에서 논의되고 있으며, 최종 결정은 지속적인 평가와 국내외 에너지 정책의 변화에 따라 조정될 수 있습니다.
결론
월성 원전은 대한민국 에너지 인프라에서 중추적인 역할을 수행하고 있습니다. 이 원전은 안정적인 기저 전력원으로서 뿐만 아니라, 에너지 자립과 안보를 강화하는 데 중요한 기여를 하고 있습니다. 특히, CANDU 기술을 기반으로 한 중수형 원자로는 다양한 연료 옵션과 고유의 운영 특성으로 인해 원자력 발전의 유연성과 효율성을 제고하고 있습니다.
참고자료
https://en.wikipedia.org/wiki/Wolseong_Nuclear_Power_Plant
월성 원전의 기본 정보와 역사에 대해 알아볼 수 있습니다.
Wolseong Nuclear Power Plant - Wikipedia
Wolseong Nuclear Power PlantOfficial name월성원자력발전소月城原子力發電所CountrySouth KoreaLocationGyeongju, North GyeongsangCoordinates35°43′0″N 129°28′40″E / 35.71667°N 129.47778°E / 35.71667; 129.47778StatusOperation
en.wikipedia.org
https://world-nuclear-news.org/Articles/SNC-Lavalin-wins-contracts-for-Wolsong-upgrade-wor
월성 원전 업그레이드 작업에 대한 최신 뉴스와 정보를 제공합니다.
SNC-Lavalin wins contracts for Wolsong upgrade work : Corporate - World Nuclear News
SNC-Lavalin wins contracts for Wolsong upgrade work 05 February 2020 Korea Hydro and Nuclear Power has awarded Candu Energy, a subsidiary of SNC-Lavalin, four contracts worth about USD22 million for multi-campaign field inspections, prolonged operation ass
world-nuclear-news.org
https://www.gem.wiki/Wolsong_nuclear_power_plant
월성 원전에 대한 상세 정보와 데이터를 제공합니다.
Wolsong nuclear power plant
Wolsong nuclear power plant is an operating nuclear power plant in Gyeongju-si, South Korea. Loading map......
www.gem.wiki
국제원자력기구(IAEA)가 한국 원성 원전의 안전성 검토 결과를 담은 보고서입니다.
IAEA Concludes Site and External Events Design Review in Republic of Korea | IAEA
The IAEA SEED mission team observes the installation of a seismometer at the Wolsong Nuclear Power Plant in the Republic of Korea. (Photo: Korea Hydro and Nuclear Power Company) An International Atomic Energy Agency (IAEA) team of experts has concluded a f
www.iaea.org