중국, 이동식 원자로 상용화 위해 자본금 10억 위안 규모 합작사 출범

운반 가능한 소형 원자로 개발에 나선 신설 기업

중국이 전력 생산량 1~10메가와트 규모의 초소형 원자로 개발을 위해 초기 등록 자본금 10억 위안의 원자력 기술 회사를 설립했다. 이 회사는 외딴 섬과 광산, 산업 현장에 연료 재장전 사이 수년간 전력을 공급할 수 있는 실증로 개발을 추진한다.

쓰촨에너지핵산업유한공사는 2026년 10월 20일 청두에서 출범했다. 지배주주인 쓰촨에너지발전그룹과 중국원자력동력연구설계원이 공동으로 회사를 설립해 성 단위 투자 자원과 원자력 공학 전문성을 결합했다.

제안된 원자로는 수소화지르코늄우라늄 연료와 액체 납·비스무트 냉각재를 결합한다. 개발진은 온도가 상승하면 핵반응을 자동으로 둔화시키는 데 도움이 되는 소재를 기반으로 설계한 소형 시스템이라고 설명한다.

당면 목표는 두 기관이 이 연료와 냉각재 조합을 적용한 세계 최초의 실증 프로젝트라고 설명하는 사업을 추진하는 것이다. 실증 부지와 인허가 일정, 착공일, 전력 가격은 아직 발표하지 않았다.

중국원자력동력연구설계원 부총설계사 추이화이밍은 목표로 하는 규모와 운송 방식을 다음과 같이 설명했다.

원자로 노심은 가정용 냉장고 정도 크기이며, 발전 시스템 전체는 컨테이너 두세 개에 들어갈 수 있습니다. 따라서 육상에서는 트럭으로, 하늘에서는 항공기로, 바다에서는 선박으로 운송할 수 있습니다,

냉장고에 비유한 것은 핵반응으로 열을 발생시키는 노심이다. 완전한 전력 시스템에는 열을 이동시키고 전력으로 변환하는 장비도 포함된다. 회사 출범은 투자, 제조, 잠재 고객을 하나의 프로그램으로 묶어 공학 실증과 상업적 보급을 추진하는 공동 사업의 시작이다.

산업화 추진에 누가 자금을 대나?

쓰촨에너지발전그룹은 자본과 잠재적 운영 부지, 에너지 사업 건설·관리 경험을 제공한다. 원자력동력연구설계원은 기술과 연구 시설, 전문 인력을 지원한다.

전략 투자자로는 광둥·홍콩·마카오 대만구 벤처캐피털 지도기금, 청두미래산업벤처캐피털기금, 산업 공급망 기업들이 참여한다. 청두 기금은 청두산업투자그룹과 연계돼 있다.

신설 회사는 첨단 초소형 원자로, 녹색 에너지 기술, 원자력 기술 응용 등 세 분야에서 사업을 추진한다. 계획된 활동에는 연구와 신규 사업 개발, 산업 투자가 포함된다.

기업과 대학, 산업단체, 참여 기관 관계자 40여 명이 참석한 출범식에서 회사는 원자력동력연구설계원과 기술 개발 계약을 체결했다. 공급망 참여 기업들도 공동 연구개발을 위한 기본협약에 서명했다.

연구설계원 산업개발부 부주임 선윈하이는 이번 협력 모델이 기술과 자본, 시장을 한데 모은다고 말했다. 실질적인 과제는 원자로 설계를 이를 제작할 제조업체, 자금을 댈 투자자, 에너지 구매 의향이 있는 고객과 연결하는 것이다.

초소형 원자로는 얼마나 작은가?

초소형 원자로는 원자력 발전 시장에서 가장 작은 규모에 속한다. 중국이 제안한 기술은 전력 출력 1~10메가와트를 목표로 한다. 메가와트는 전력량, 즉 전기가 생산되는 속도를 나타내는 단위다.

「소형 원자로 핵심 기술의 연구 진전과 전망」이라는 제목의 원자로 기술 검토 논문은 초소형 원자로를 출력 10메가와트 이하로 정의한다. 논문은 국제원자력기구(IAEA)가 소형 원자로를 전기 출력 10~300메가와트로 정의한다고 소개한다.

중국 국가원자력안전국 웹사이트에 2024년 1월 게시된 원자력 안전 개요는 기준을 조금 더 좁게 잡는다. 초소형 모듈형 원자로의 용량은 10메가와트 미만이며, 주로 대규모 전력망 없이 운영되는 외딴 지역에서 사용된다고 설명한다.

규모를 비교하면, 중국 링룽 1호(ACP100)의 계획 용량은 125메가와트다. 이는 중국 개발진이 예로 든 2메가와트 초소형 원자로의 전력 출력보다 62.5배 크다. 두 사업은 전력 수요 규모가 크게 다르다.

연료와 액체 금속의 결합 방식

수소화지르코늄우라늄 연료는 우라늄을 지르코늄과 수소가 포함된 물질과 결합한 것이다. 수소는 감속재 역할을 해 중성자의 속도를 늦추고 핵반응이 더 효과적으로 지속되도록 한다.

개발진은 이 연료가 자동 제동 장치 역할도 한다고 설명한다. 온도가 올라가면 연료 내부의 변화로 연쇄반응의 강도가 낮아진다. 연구설계원 제4연구소 부소장 쑨차오는 이 온도 반응을 핵심 안전 기능으로 꼽았다.

액체 납·비스무트는 노심의 열을 외부로 옮긴다. 제안된 설계는 주요 구성 요소를 통합형 소형 구조로 배치하고 상압에서 작동해, 기존 가압경수로에 쓰이는 고압을 피한다.

개발진은 밀도가 높은 냉각재가 방사선을 차폐하고 열을 효과적으로 전달한다고 말한다. 또 냉각을 위한 물 주입과 방사성 물질의 유출을 제한하기 위한 납 밀봉 형성을 포함하는 극한 사고 대응 방안도 설명했다.

쑨 부소장은 연료와 원자로 설계를 결합하면 기존 격납건물이나 부지 외부 비상대응체계 없이 건설할 수 있다고 말했다. 이는 제안된 안전 접근법에 대한 개발진의 주장이다. 승인된 안전 조치는 인허가 절차에서 결정된다.

건설 목표 기간은 약 30개월이며, 일부 설명에서는 이보다 짧게 제시한다. 개발진은 단순한 시스템과 줄어든 중복 부품, 작은 건설 면적이 비용을 낮출 것으로 기대한다. 사업 예산이나 전력 단위당 실증 비용은 공개하지 않았다.

수년간 안정적인 전력이 필요한 곳

대표 설계인 출력 2메가와트 원자로의 목표 운전 수명은 40년 이상이다. 개발진은 한 차례 연료 장전으로 5~10년간 전력을 공급할 수 있어 접근이 어려운 지역에 연료를 운송하는 횟수를 줄일 수 있다고 말한다.

외딴 섬과 해양 플랫폼이 잠재 고객으로 거론된다. 이런 지역의 디젤 발전은 정기적인 연료 수송에 의존해 비용이 많이 들거나 공급이 중단될 수 있다. 소형 원자로는 현지에서 전력을 지속적으로 공급하는 방안으로 제시됐다.

부유식 원자로는 섬이나 암초 인근에 설치해 제한된 육지를 보존할 수 있다. 원자로에서 나오는 열은 해수 담수화와 온수를 이용한 양식업에도 활용할 수 있어, 하나의 에너지원으로 전력과 담수, 어류 양식을 함께 지원할 수 있다.

산악 광산 지역과 극지 연구기지, 심해 탐사 시설도 다른 활용처로 제시됐다. 개발진은 산업단지와 화학 시설, 데이터센터, 비상 전력 공급도 잠재 시장으로 꼽았다.

전기와 함께 열도 활용

원자로는 먼저 열을 생산한다. 발전 과정에서 에너지 일부를 전기로 바꾸며, 적절한 장비를 사용하면 나머지 열을 산업용 증기 생산이나 담수화 같은 유용한 작업에 투입할 수 있다.

중국 사업은 전기와 열을 함께 공급하는 방안을 제시하며, 산업 현장의 석탄이나 가스 소비 일부를 대체할 가능성도 있다. 수소 생산도 이 사업이 제시한 활용 분야지만, 출범 발표에는 구체적인 수소 사업에 대한 세부 내용이 없다.

초소형 원자로는 풍력 터빈과 태양광 패널을 함께 운영할 수도 있다. 원자로가 안정적으로 전력을 공급하는 동안 풍력과 태양광 발전량은 날씨와 일조량에 따라 달라진다. 마이크로그리드라고 불리는 현지 전력망이 여러 에너지원을 조정할 수 있다.

산업 고객이 원자로의 열을 활용하려면 열 출력이 생산 공정에 맞아야 한다. 앞서 언급한 학술 검토 논문은 효율적인 전력 변환 시스템과 유연한 전기·증기 공급을 소형 원자로의 주요 공학 과제로 꼽는다.

기대되는 효과는 분명하다. 고립된 지역에서 연료 운송을 줄이면서 한 설비로 전기와 유용한 열을 공급받을 수 있다. 실제 가치는 해당 지역의 에너지 수요와 운송 비용, 공급되는 열을 활용할 수 있는지에 달려 있다.

축적된 연료 경험과 새 원자로 설계의 결합

원자력동력연구설계원은 1980~1990년대에 수소화지르코늄우라늄 연료를 개발했으며, 중국 펄스 원자로를 포함한 사업에 이를 사용했다. 연구설계원은 납·비스무트 원자로 프로그램에서도 10년 넘게 연구를 진행했다고 밝혔다.

추이 부소장은 연구설계원이 납·비스무트 냉각 초소형 원자로에 이 연료 방식을 적용하는 방안을 세계 최초로 제안했다고 말했다. 쑨 부소장은 중국과 미국이 이 연료의 핵심 설계 및 제조 기술을 보유한 두 나라라고 밝혔다.

쑨 부소장은 또 같은 출력을 내는 대체 기술과 비교해 우라늄 장전량을 4분의 1에서 절반가량 줄일 수 있다고 말했다. 재정적 이점은 필요한 우라늄 양뿐 아니라 연료 제조와 전체 운전 주기에 따라 달라질 수 있다.

산업화 계획은 상류 단계에 전문 연료 생산, 중간 단계에 장비 제조와 시스템 통합, 고객과 가까운 단계에 현지 설치와 운영 서비스를 배치한다. 신설 회사는 각 부문을 별도로 개발하는 대신 이런 활동을 연결하는 역할을 맡게 된다.

연구 역량은 여전히 현실적인 제약이다. 앞서 언급한 학술 검토 논문에 따르면 중국에서 가동 중인 연구용 원자로는 16기로, 이 가운데 조사 시험을 할 수 있는 원자로는 5기뿐이다. 조사 시험은 연료와 구조재를 방사선에 노출해 시간이 흐르면서 성능이 어떻게 변하는지 평가하는 과정이다.

논문은 고속 중성자속이 높은 다목적 연구용 원자로 건설을 권고한다. 첨단 소재와 부품 제조, 정밀 계측기기, 전력 변환, 디지털 운영 시스템도 추가 연구가 필요한 분야로 꼽았다.

기존 사업이 보여주는 상용화 경로

중국의 초소형 원자로 개발은 여러 대형 소형 원자로 사업에 이어 추진되고 있다. 이들 사업의 진행 과정은 운전 경험 확보와 실증 건설, 규제 승인이 서로 다른 일정으로 진행됨을 보여준다.

• 2020년 5월: 러시아의 부유식 원자력 발전소 아카데믹 로모노소프가 정식 가동에 들어갔다. 각각 35메가와트급 원자로 2기로 외딴 추코트카 지역에 전력을 공급한다.
• 2021년 7월: 하이난성 창장에 있는 중국의 125메가와트급 링룽 1호 건설이 시작됐다.
• 2023년 11월: 링룽 1호의 하부 강철 격납 구조물이 설치됐다. 한편 누스케일 기술을 적용하려던 미국의 사업은 고객 참여를 충분히 확보하지 못해 11월 8일 취소됐다.
• 2023년 12월: 중국 스다오완의 HTR-PM 사업이 상업 운전에 들어갔다. 원자로 모듈 2기가 하나의 발전 시스템을 가동하며 전체 전력 출력은 210메가와트다.
• 2026년 10월 20일: 쓰촨 신설 회사가 수소화지르코늄우라늄 연료와 납·비스무트 초소형 원자로 프로그램을 추진하기 위해 출범했다.

학술 검토 논문은 ACP100의 2026년 가동과 아르헨티나 CAREM 사업의 2028년 전력망 연결을 전망했다. 이 일정은 논문이 제시한 예상이며, 위 연혁은 각 사업에 관한 기록에 이미 반영된 사건을 설명한다.

국가원자력안전국의 개요는 주요 도입 과제로 실증 기술 선정, 인허가 규정 정비, 안정적인 공급망 구축, 대중 수용성 확보 등 네 가지를 꼽았다. 또 검증된 경수로 기술에 기반한 일부 설계는 2030년경 승인을 받을 수 있을 것으로 전망했다.

액체 금속이나 기체, 용융염을 사용하는 원자로는 규제 당국에 서로 다른 소재와 시스템 구성을 검토해야 하는 과제를 안긴다. 안전 개요는 수십 년간의 경수로 운전 경험을 직접 활용할 수 있는 설계보다 이들 원자로의 승인 절차가 까다로울 것으로 예상했다.

대규모 시장 전망, 아직 남은 실증 과제

추이는 2026년 초소형 원자로의 주문 목표를 1.8기가와트, 즉 1,800메가와트로 제시하며 그해 신규 수요의 38%에 해당한다고 밝혔다. 2030년까지 전 세계 누적 설치 대수가 3,200기를 넘고 공급망 가치가 420억 달러를 초과할 것으로 전망했다.

이 수치는 구매 의향과 향후 설치 전망을 나타낸다. 이제 상업화를 위해서는 고객의 관심을 자금이 확보되고 인허가를 받은 사업으로 전환해 납품 일정과 운영 책임을 합의해야 한다.

추이는 12개국이 국가 에너지 전략에 초소형 원자력을 포함했으며, 국제원자력기구가 소형 원자로 설계 127종을 확인했다고도 말했다. 이 설계 수에는 쓰촨 신설 회사가 제안한 원자로보다 훨씬 큰 시스템을 포함해 소형 원자로 분야 전반이 포함된다.

2024년 1월 발표된 원자력 안전 개요는 당시 개발 중인 소형 원자로 기술이 80종 이상이라고 설명했다. 그중 절반가량은 경수로, 나머지 절반은 첨단 원자로 기술에 기반했다. 조사 대상에는 특허 출원 181건과 등록 특허 94건, 미국의 학술 논문 766편, 중국의 학술 논문 361편이 포함됐다.

쓰촨 신설 회사는 특정 중국 설계에 자금과 산업 협력 체계를 결합한다. 다음 주요 과제는 운전 경험을 제공하고 제조 요건을 확립하며 잠재 고객의 구매 결정에 더 확실한 근거가 될 실증 발전소를 완성하는 것이다.

핵심 내용

• 쓰촨성에 새로 설립된 원자력 회사의 초기 등록 자본금은 10억 위안이며, 전력 출력 1~10메가와트의 초소형 원자로를 목표로 한다.
• 제안된 설계는 수소화지르코늄우라늄 연료와 액체 납·비스무트 냉각재를 결합한다.
• 개발진은 출력 2메가와트급 모델의 운전 수명이 40년을 넘고, 연료 장전 사이의 기간이 5~10년이라고 설명한다.
• 잠재적 활용 분야로 섬 전력 공급과 담수화, 광산, 산업용 열, 데이터센터 전력이 꼽힌다.
• 참여 기관들은 실증 사업을 추진할 계획이지만 부지와 인허가 일정은 발표하지 않았다.
• 시험 역량과 규제 승인, 공급망, 고객의 구매 약속이 상업화의 핵심 과제로 남아 있다.