[KAIST 김용희 교수] 부하추종운전과 SMR

Abstract Load Follow Operation. 부하란 발전소로부터 인출되는 전력을 의미한다. 부하추종운전(負荷追從運轉)은 부하의 변동에 대응하여 발전량을 조정하는 운전을 말한다. 우리나라를 포함하여 대부분의 원전 운영국에서는 원자력에 의한 발전은 언제나 기저부하(base-load)를 맡고 있기 때문에 발전량의 조절은 LNG 가스 화력 등 원자력 이외의 전력원으로 이루어지고 있다. 프랑스에서는 원자력발전이 전체 발전량의 70 %를 넘고 있기 때문에 일찍부터 부하추종운전을 실시하고 있다. 또 저 탄소 에너지 믹스 사회 즉 재생에너지와 원자력 등 저탄소 에너지원에 의존하는 국가의 경우, 원전의 부하추종운전을 통한 재생에너지의 간헐성 백업이 필수적으로 필요하다. 이때의 부하추종운전은 계절과 주야간의 전력 수요변동외에 재생에너지의 공급 변동성을 동시에 대응해야 한다.

 그간 부하추종운전(LFO)이라는 말은 많이 들었으나, 실제로 어떤 목적으로, 어떤 장점을 가지고, 어떤 단점을 가지고, 연구개발이 필요한지 모르고 있었다. 그리고 요새 화두가 되어 주식시장도 뜨겁게 달구고 있는 SMR (Small Moduler Reactor)에 적용하여 설명해 주실 것 같아, 바쁘게 일처리를 하고 강의에 참석하였다.

부하의 많고 적음에 따라 생산하는 전력의 양을 조절하는 방법이다. 우리나라는 전력의 기반에 깔려서 30~40%는 맡아서 계속 발전운전해야하므로 발전소의 출력을 조절할 필요가 없었다. 그러나 분명히 1년에는 4계절이 존재하고, 매일 낮과 밤이 존재한다. 이에 따라 전력수요는 급격하게 변하기도 하므로 이에대한 대비가 필요한데, 대비를 안하면 어떻게 될까? 쓰이지 않는 전기에너지가 저장할 수 없을 정도로 과도하게 생산되어 전력망에 존재하고, 계속 더 많이 생산한다면 어딘가 터져나가서 고장이 나거나, 정상적으로 사용하던 전력품질에 손상을 초래하게 된다.

따라서 부하추종 능력은 우리나라도 필연적으로 갖추어야하는데, 그것은 가스터빈화력발전이 담당한다. 석탄화력발전은 원자력처럼 전출력운전(Full power operation)을 한다. 둘 다 탄소배출과 자원수입을 해야한다. 또한 가스화력발전도 돌렸다 멈췄다 하는 것이 아니라 전력생산을 안 할때도 돌아가고는 있어야 한다. 말하자면 자동차의 공회전에 비유할 수 있겠다. 필요할 때 급하게 바로 돌려야 하니까. 이에 따른 비용낭비와 탄소배출도 심각하다.

우리도 프랑스 처럼 부하추종운전하는 원자력 발전기술을 개발하여 70%정도를 원자력으로 나머지는 현재 개발 진행 중인 신재생에너지를 적극 활용하고, 현재 운영 중인 화력발전을 활용하는 것은 어떨까? 자원빈국인 우리나라가 가지고 있는 세계 정상급 원자력기술과 인력을 활용하고 미래에 더욱더 중용해지는 에너지강국으로 거듭난다면 우리나라의 또 다른 성장동력을 가동시킬 체력을 충분히 갖추게 되지 않을까?

우리나라는 풍력과 태양광 발전을 대규모로 설치하여 주력 에너지 공급원으로 사용하기에는 적합하지 않은 환경이다. 또한 이런 발전 방식은 바람이 많이 불때는 많이 생산되고 안 불때는 생산되지 않고, 햇빛이 강할때는 많이 생산되고, 밤이나 낮이라도 흐린 날은 생산되지 않는다. 그런데 때를 가려서 공장이 돌아가는가? 때를 가려서 우리는 전기에너지 사용량을 조절할 수 있는가? 이런 판단을 할 때는 과학적으로, 현실적으로 해야한다. 그렇지 않고 감정적으로 판단한다면 우리의 미래는 에너지 경쟁에 뒤쳐지게 될 것이고, 결국 세계가 인정하는 우리의 강점이 사라지게 될 것이라 생각한다.

앞으로 부하추종운전이 가능한 혁신형SMR을 우리가 개발하여 우리나라의 미래인 나의 자녀들이 사는 세상에서 에너지 부국으로 살아가는데 작은 도움이라도 되길 바래본다.

그래프 출처:

https://www.nuclear-power.com/nuclear-power/reactor-physics/reactor-operation/normal-operation-reactor-control/base-load-vs-load-follow/