- 스리마일 섬 원전 사고 이후 침체했던 미국의 원자력발전계가 오랜만에 기지개를 켜고 있다. 미국이 다시 원자력발전에 관심을 돌린 것은 세계적으로 원자력발전이 부흥하는 계기가 될 수 있다. 미국 원전산업이 부흥하면 한국은 이에 필요한 기자재 등을 공급함으로써 원전 르네상스를 맞을 수도 있다. 2005 신에너지정책법이 몰고올 미국 원자력 산업계의 변화를 분석한다.
미국의 원자력 정책과 발전(發電)산업의 추이를 살펴보고 2005년 발효된 에너지정책법의 원자력 관련 시책을 분석함으로써 향후 전세계의 원자력산업 행보를 가늠해보고자 한다.
1953년 미국의 아이젠하워 대통령이 ‘원자력의 평화적 이용(Atoms for Peace)’을 제창함에 따라 민간의 원자력 이용이 가능하게 되었다. 이 연설이 있은 이듬해 미국은 민간이 원자로를 소유하고 운전할 수 있도록 원자력법을 개정했다. 또 미국 최초의 상업용 원자력발전소인 시핑포트(Shipping port) 원전 건설을 시작해 1957년 12월 상업 발전을 개시했다.
1962년 미국 원자력위원회(AEC·Atomic Energy Commission)는 원자력발전소의 설계 및 건설을 지원하는 방안을 골자로 한 ‘원자력 개발 10개년 계획’을 공표했다. 이에 따라 미국 내 전력회사들은 원자력발전을 유망 사업으로 인식하게 되었다.
미국의 원자력 정책 추이
1964년에는 존슨 대통령이 특수 핵물질 보유에 대한 법률에 서명함으로써, 원자력 발전회사가 핵연료를 보유하는 것을 허락했다. 1971년에 닉슨 대통령이 물 대신에 액체상태의 나트륨을 냉각제로 사용하는 액체금속로(液體金屬爐·경수로는 에너지가 작은 열중성자를 이용하는 데 비하여 액체금속로는 에너지가 높은 고속중성자를 이용하므로 고속로라고도 표현함)의 개발 목표시기를 1980년으로 설정했으나, 그 후 상업용 고속로 개발을 포기했다.
1973년 제1차 석유위기가 발생하자, 미국에서는 연간 최고 기록인 무려 41기의 신규 원전이 발주되었다. 1974년 포드 대통령은 원자력위원회를 에너지연구개발청(ERDA·Energy Research Develop-ment Administration)과 원자력규제위원회(NRC·Nuclear Regulatory Commission)로 개편했다. 그 후 ERDA는 연방에너지청을 합병해 지금의 에너지부 (DOE·Depart-ment of Energy)로 발전하였다.
1977년 카터 대통령은 미국 내 상업용 재처리와 플루토늄 재순환(회수된 핵물질을 원자로 연료로 다시 사용한다는 의미. 이는 핵물질을 화학적 방법으로 회수하는 공정인 재처리와는 구분된다)을 무기한 연기하고, 다른 나라가 사용후핵연료를 재처리하는 것을 막기 위해 미국의 농축 우라늄 생산 능력을 확대한다는 ‘신(新)원자력 정책’을 발표했다. 경직된 원자력 정책을 선택한 것이다.
부시 정부 들어 원자력 다시 부각
1981년 레이건 대통령은 “핵 확산 위험이 없는 국가에 대해서는 재처리 및 고속증식로 개발을 방해하지 않는다”는 내용의 성명을 발표했다. 레이건 행정부는 카터 행정부 시절의 경직된 자세를 버리고 핵 확산의 다양한 측면을 고려해 동맹국과의 연계를 강화하고 미국의 신뢰성을 회복하며, 보다 종합적이고 현실적인 형태로 핵 비확산 문제를 다루기로 한 것이다.
그러나 제1차 석유위기가 끝난 1970년대 말과 1980년대 초 미국 경기가 후퇴하고 에너지 절약으로 전력 수요가 감소했다. 그리고 경제적으로 급격한 인플레이션 현상이 일어나 거액을 투자해야 하는 대규모 프로젝트가 위축되었다. 특히 1979년 스리마일 섬(TMI·Three Mile Island)에서 미국 원자력 사상 초유의 사고가 발생함으로써 원자력발전에 대한 국민의 우려가 깊어졌다.
1957년 상업가동에 들어간 시핑포트 원전(위)과 1979년 사고를 일으킨 스리마일 섬 원전.
이에 따라 1997년 NRC(원자력규제위원회)는 GE사의 신형 비등경수로(ABWR·Advanced Boiling Water Reactor)와 ABB-CE사의 신형 가압경수로인 System 80+에 대해 설계 인증을 발급했다. 1999년에는 웨스팅하우스사의 신형 가압경수로인 AP-600도 설계 인증을 취득하였다.
1997년 클린턴 대통령의 대통령과학기술자문위원회는 행정부에 ‘장래의 에너지 수요에 부응하기 위해서는 원자력 옵션을 유지하는 것이 중요하다’고 건의했다. 이에 따라 에너지부는 NERI(Nuclear Energy Research Initiative)라고 불리는 ‘원자력 에너지 연구 구상’을 내놓았다.
2001년 조지 W 부시 대통령은 국가에너지 정책에 대한 성명을 발표했다. 이 정책은 에너지 위기 상황을 극복하기 위해 클린턴 정부에서 상대적으로 등한시한 에너지원(源) 개발과 공급 확대 측면을 강조하고 있다. 그리고 그때까지의 미국 정책과 다르게 원자력의 이용 확대 정책을 천명하며, 이를 위한 정부의 노력을 권고하고 있다.
이 정책은 “청정하고 무한한 에너지원인 원자력의 이용을 확대해야 한다”고 강조하고 있으며, 인허가 절차의 신속화, 원자력 손해배상법의 연장 등 원자력 발전 확대를 고무하는 조치를 검토하고 이행할 것을 권고하였다. 이후 지속적으로 이 정책의 입법화를 추진해 2005년 에너지정책법이 발효되기에 이른다.
원전 이용률 상승의 효과
지난 30여 년 동안 원자력은 미국의 전력공급에서 주요한 몫을 담당했다. 현재 미국에서는 103기의 원전이 가동돼 미국 내에서 소비되는 전력의 약 20%를 공급하고 있다. 지난 20년 사이 미국 원전의 평균 설비 이용률은 60%에서 90% 이상으로 높아졌는데, 이는 원전 23기를 새로 건설하는 것에 해당하는 2만3000MWe의 설비증가 효과를 가져왔다.
원전 이용률이 향상되고 운전 및 보수비용이 낮은 수준을 유지함에 따라 원전을 운전하는 전력회사들은 ‘새로운 원전을 짓기보다는 감가상각 기간이 지난 오래된 원자력발전소를 고쳐 계속 운전하는 것이 더욱 경제적이다’는 판단을 하게 되었다.
이에 따라 원자력발전소를 소유한 여러 전력회사가 NRC에 ‘당초 40년으로 잡았던 운전 인허가 기간을 20년 더 연장해달라’는 내용의 신청을 준비하게 되었다. 미국 원자력발전소 가운데 맨 처음 20년 운전 연장을 신청한 것은 칼버트 클리프스(Calvert Cliffs) 원전 1, 2호기인데, NRC는 2000년 3월 이 원전에 20년 운전 연장을 승인했다. 같은 해 5월에는 오코니(Oconee) 원전이 신청한 1, 2, 3호기의 20년 운전 연장도 승인해주었다.
2000년 이후 미국에는 15개 이상의 주(州)에서 전력 소매시장의 규제완화, 즉 자유화를 시도하는 조치가 이뤄졌다. 경쟁원리를 도입해 전기요금의 인하를 유도하기 위한 것이었다. 전기요금을 낮추려면 기저부하(基底負荷·상대적으로 발전 단가가 낮아 항상 가동하는 발전소)에 대한 투자가 있어야 하는데, 유감스럽게도 자유화 조치를 취한 주에서는 기저부하에 대한 신규 투자는 거의 일어나지 않았다.
2000년 미국 캘리포니아 주에서 일어난 전력위기는 천연가스의 공급 부족이 발단이 되었다. 공급부족으로 가스 가격이 급상승하고, 그에 따라 발전(發電) 단가도 올라 전기요금을 압박함으로써 천연가스 발전소의 가동이 정지되는 사태가 초래됐다. 자유화 조치는 초기에 막대한 투자가 요구되는 원자력발전소나 석탄화력발전소의 건설을 촉진하는 효과를 내지 못하는 가운데 공해물질을 많이 배출하는 노후된 석탄화력발전소의 폐기를 가져왔다.
원전 회사 대형화 거듭
이러한 상황이 장기화하자 기존의 전력사업자들은 유리한 상황을 맞게 되었다. 특히 경비절감을 추진한 원자력발전 사업자는 매우 유리한 상황을 맞았다. 전기사업 분야의 규제 완화는 초기에는 불확실성이 존재하나, 가동 중인 원자력발전소는 자유경쟁 체제에서도 충분히 살아남을 수 있을 뿐만 아니라 발전(發展)할 수 있다는 것이 확인되었다.
2005년 8월 신에너지정책법안에 서명한 후 관련 상하원의원들과 기념 촬영하는 부시 미국 대통령(오른쪽).
예를 들어 2000년 10월 최종 승인을 받은 유니콤(Unicom)사와 페코 뉴클리어(PECO Nuclear)사의 합병으로 설립된 엑셀론(Excelon)사는 영국의 브리티시 에너지(British Energy)사와 공동출자해 20기의 원전을 운영하는 미국 최대의 원자력발전 사업자가 되었다. 이어 엔터지(Entergy)사가 플로리다 파워 앤드 라이트(Florida Power · Light)사와 합병함으로써 엑셀론사에 이은 미국 제2위의 원자력발전 사업자가 되었다.
지금까지 미국 전력회사들은 대부분 발전 사업과 송배전 업무를 함께 해왔다. 그런데 최근 원자력 발전회사들은 다른 전력회사가 갖고 있는 송·배전망을 이용해 먼 거리에 있는 수요자에게 전력을 공급하려는 움직임을 보이고 있다. 이러한 변화는 모두 원자력발전 부흥의 요소가 되고 있다.
그 외에도 미국의 낮은 금융이자율과 높은 원전 이용률, 안정적인 핵연료 가격, 신형 경수로의 설계 인증, 수소 경제 등도 원자력발전 부흥을 뒷받침하는 긍정적인 요소로 작용하고 있다. 뒷부분에서 다시 언급하겠지만 ‘수소 경제(hydrogen economy)’란 현재의 화석연료가 고갈된 후를 대비한 에너지원으로 부각되는 수소에너지 시대의 경제를 의미한다.
2001년 5월 부시 대통령은 국가에너지정책개발(NEPD·National Energy Policy Development) 그룹이 만든 보고서인 ‘신(新)국가 에너지 정책’을 성명으로 발표한 바 있다. 이 성명은 원자력 이용 확대 지원정책을 포함하여, 전체 에너지 분야에 대한 총 105개 사항의 권고를 포함하고 있다.
부시 행정부는 이 정책의 입법화를 추진해 하원과 상원의 인준을 거쳐, 2005년 8월 에너지정책법이 발효되었다. 이 법은 미국 에너지원의 다양화, 에너지 효율성의 증대, 새로운 에너지 생산기술 개발, 에너지 인프라 보강 등에 초점을 맞추고 있다. 2005 미국의 에너지정책법이 담고 있는 원자력과 관련된 주요 내용은 다음과 같다.
▲원자력 손해배상법인 ‘프라이스 앤더슨법’의 효력을 2025년 말까지 연장한다 ▲원전 인허가 지연으로 인한 산업체의 재정적 손실을 보상한다 ▲차세대 원전에 대해서는 가동 후 8년 동안 kWh당 1.8센트의 세금을 감면한다 ▲에너지부의 원자력 핵심 프로그램으로 NERI와 원자력에너지 2010(Nuclear Power 2010) 프로그램, Gen-IV(‘젠포’로 읽음, 제4세대 원자로) 개발, 수소생산 원자로를 도출한다 ▲첨단 핵연료주기 개발(AFCI·Advanced Fuel Cycle Initiative)을 위하여 관련 핵연료주기의 연구개발 및 실증 프로그램을 수행한다.
원전 건설 특혜 2025년까지 유지
프라이스 앤더슨법(Price-Anderson Act)은 1957년 미국에서 제정된 세계 최초의 원자력 손해배상법으로, 원전 공급자의 손해배상 책임 면제와 원전 운영자의 유한책임을 규정하고 있다. 따라서 이 법은 전력회사와 원전 공급자의 원전 건설 리스크를 줄여주는 구실을 해왔다. 이 법은 2006년 만료될 예정이었는데 이 법이 만료되면 원전 사업자들의 원전 건설 의지가 저하될 것이란 지적이 제기됐다.
하지만 2005년 에너지정책법이 발효됨으로써 프라이스 앤더슨법의 효력은 2025년 말까지로 연장되었다. 미국의 주정부들은 전력회사와 원전 공급자에 대해 원전 건설을 독려하거나 유인하는 정책을 펼 수 있게 된 것이다.
2005 에너지정책법은 원전 인허가 지연으로 인한 산업체의 재정적 손실을 보상하기 위한 지원책(stand-by support)을 명시하고 있다. 손실을 보상하도록 한 지연사유에는 NRC의 검토 지연과 NRC의 검사 승인 일정 준수의 실패가 포함된다. 공청회의 일정 지연과 전출력(全出力) 운전을 지연시킨 법정 소송도 보상 대상에 포함되나, 사업자가 법에 규정된 조치를 취하지 않아서 발생한 비용과 사업자가 관리해야 하는 행위의 이행 실패로 인한 지연에 대해서는 보상하지 않는다.
고온가스로를 이용한 수소 생산 개념도.
원스톱 서비스 도입 검토
더욱 안전하고 경제적인 원자력발전소의 건설을 촉진하기 위한 2005 에너지정책법은 개량형 원자력 발전 설비에서 생산된 전력에 대한 세금 감면 혜택을 명시하고 있다. 즉 개량형 원자력발전 설비 (advanced nuclear power facilities)에서 생산된 전력에 대해 가동 이후 8년간 kWh당 1.8센트의 세금을 감면하도록 하고 있다.
세금 감면은 2020년 12월31일까지 한시적으로 시행되며, 재무부 장관이 시설당 세금 감면을 받을 수 있는 용량을 설정한다. 세금 감면 범위는 보조금이나 세금면제채권, 에너지 관련 재정보조 등이 있을 경우 축소되나 세금 감면 지원액 한도의 50% 이상 삭감할 수는 없다.
2005 에너지정책법은 미국 에너지부의 핵심 원자력 프로그램으로 NERI와 Nuclear Power 2010 프로그램, Gen-IV, 원자력 수소 생산을 명시하고 있다. NERI는 1997년 미국 대통령과학기술자문회의의 권고에 따라 수행되고 있으며, 미래 기술수요를 충족시킬 원자력 과학기술 연구기반의 증진 및 유지를 목표로 하고 있다. 이를 위해 NERI는 원자력 발전의 성능과 효율성, 신뢰성, 핵 비확산성 및 경제성을 제고하기 위한 새로운 원자로와 새로운 핵연료주기 개념의 개발을 추진하고 있다.
Nuclear Power 2010은 산업체가 다음 10년간 새로운 원자력발전소를 건설하는 것을 지원한다는 취지로 만들어졌다. 이를 위하여 미국의 에너지부는 두 곳의 상업용 부지와 세 곳의 연방부지에 대한 조사를 완료했으며, NRC의 새로운 설계 인허가 절차를 적용하기 위해 산업체와 협력하고 있다.
이에 따라 버지니아, 일리노이, 미시시피의 3개 주가 조기 부지 승인(ESP·Early Site Permit)을 신청했다. 과거 우리나라에서는 투자를 유치하기 위해 각종 인허가를 한 번에 해결해주는 원 스톱 서비스를 도입한 적이 있다. 미국 원자력계도 이러한 제도 도입을 검토하고 있다. 원전 부지 승인이 나면 다음 단계로 건설 및 운영의 동시 인허가(one-step licensing) 절차가 이뤄질 것을 기대하고 있는 것이다.
제4세대 원자로(Generation IV)에 대한 에너지부의 구상은 이미 2000년에 시작되었다. 제4세대 원자로 계통 개발을 선도하고 이러한 원자로가 2010년 이후, 늦어도 2030년 이전에는 상업적으로 배치될 수 있도록 한다는 것이다.
수소 생산 위한 원자로 개발
제4세대 원전의 4대 개발목표는 ▲안전성과 신뢰성의 개선 ▲핵 확산에 대한 저항성 제고와 물리적 방호 능력 개선 ▲경제성 측면의 경쟁력 제고 ▲지속가능 측면의 개선으로 설정되어 있다. 이러한 목표를 달성하기 위해 미국은 제4세대 원자로 개발에 관심 있는 국가들과 GIF(Generation IV International Forum·제4세대 원자로 국제포럼)을 결성해 주도적인 역할을 담당하고 있다.
수소는 미래 청정 에너지원의 하나로 각광받고 있다. 미국은 수소 경제시대(水素 經濟時代)에 대비한 수소의 생산과 저장, 수송 기술 개발은 주도적으로 이끌고 있다. 원자력을 이용하면 물을 직접 분해해, 이산화탄소를 배출하지 않고도 수소를 제조할 수 있다.
물을 분해하기 위해서는 900℃ 이상의 고온이 필요한데, 이러한 고온을 내는 데 사용할 수 있는 원자로가 고온가스로 (HTGR·High Temperature Gas-cooled Reactor)이다. 물을 분해해서 수소를 얻는 것이니 석탄이나 석유 같은 화석연료를 소모하지 않아도 된다.
2005 에너지정책법에서는 전력 및 수소 생산을 위한 차세대 원형로를 아이다호 국립연구소(INL·Idaho National Laboratory)에 건설하기로 하였다. 미국은 이 사업을 위해 2006년부터 2015년까지 총 12억 5000만달러를 투자할 예정이다.
한편 첨단 핵연료주기 개발(AFCI·Advanced Fuel Cycle Initiative)은 환경적인 측면과 경제·정책 측면에서 수용이 가능한 안정적이고, 장기적인 개량 핵주기 기술을 실증하기 위하여 구상되었다. 이 계획은 사용후핵연료에서 유효 에너지를 회수하고, 민간의 플루토늄 보유 감축과 방사성폐기물에서 나오는 독성과 발열량 저감 등을 목표로 하고 있다.
미국은 중·장기로 구분하여 AFCI 프로그램을 추진하고 있으며, 중기적으로는 핵 확산 저항성 재활용 핵연료를 개발하고, 장기적으로는 고속로를 이용한 초우라늄 원소(trans uranic element)의 소멸처리 기술을 개발하는 데 중점을 두고 있다.
한미 원자력 협력 증대 기대
1950년대 말 원자력발전을 시작한 이래, 미국의 원자력산업은 지속적으로 성장해 왔다. 1970년대의 석유위기 이후 대체에너지원으로 크게 부각되었으나, 1980년대의 경기침체와 스리마일 섬 원전 사고의 여파로 침체에 빠졌다.
그러나 이 기간에도 미국의 원자력산업체는 기술개발과 이용률 향상을 통해 원자력발전의 경쟁력을 높였다. 또한 2005년 부시 행정부가 원자력의 이용 진작을 도모하는 새로운 에너지정책법을 발효시킴으로써 전세계적인 원자력의 부흥을 예고하고 있다.
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2005 에너지정책법은 미국의 원자력 산업계와 연구계에 대한 실질적이고 구체적인 지원 시책을 명시하고 있다. 이를 통해 미국은 원자력 이용개발 분야에서 세계 최고의 선도적 위치를 확인하는 계기를 마련할 것이다.
미국의 원자력발전 시장이 활성화되면 원전 설계 및 기자재에 대한 수요도 증가할 것으로 예상된다. 이는 우리 원자력 산업체에 미국 원전 시장에 진출할 새로운 기회를 제공할 것이다.
미국의 원자력 연구개발 활성화에 따라 한미간 원자력 협력이 증대될 것으로 예상되므로, 우리나라는 이를 기회로 삼아 원자력 핵심기술을 확보하고 새로운 원자력 기술을 개발해야 한다.
