1 핵연료 기술개발 현황 및 수출 전략 한전원자력연료㈜ 사장 이 익 환 제 159 차 원자력계 조찬강연회 ( )
2 목 차 에너지원으로서 원자력 발전 원자력발전에서 핵연료 역할 국내 핵연료 개발 현황 및 전망 원천기술 ( 설계코드 ) 개발 현황 핵연료의 해외 수출 전략 현안사항 요약 및 결론
3 에너지원으로서 원자력 발전
4 국가 에너지 수급 현황 2007 년 에너지 수입액 945 억불 : 총 수입액의 27%, GDP 10% 세계 5 위 원유 수입국 (603 억불 )/ 세계 2 위 LNG 수입국 (127 억불 ) 우리나라 석유의존도는 43%( 일본 47%, OECD 평균 41%) 2007 년 에너지 수입액 945 억불 : 총 수입액의 27%, GDP 10% 세계 5 위 원유 수입국 (603 억불 )/ 세계 2 위 LNG 수입국 (127 억불 ) 우리나라 석유의존도는 43%( 일본 47%, OECD 평균 41%) 가장 저렴한 발전단가로 경제성장의 원동력 원자력석탄석유 LNG 수력 원자력 발전의 역할
5 기후변화협약에 대응할 수 있는 현실적 에너지 ※ 원자력발전의 CO 2 배출량은 석탄 발전의 1/100 수준 ※ 원자력발전의 CO 2 배출량은 석탄 발전의 1/100 수준 기술집약 종합산업으로 연관산업 파급효과 우수 원전 2 기 건설 시 연인원 800 만명 이상의 일자리 창출 효과 부가가치를 고려한 GDP 기여율 이 발전원 중 가장 우수 - 석유 발전 대비 석탄 5 배, 원자력 18 배 원전 2 기 건설 시 연인원 800 만명 이상의 일자리 창출 효과 부가가치를 고려한 GDP 기여율 이 발전원 중 가장 우수 - 석유 발전 대비 석탄 5 배, 원자력 18 배 원자력 발전의 역할 (2) 석탄석유 LNG 태양광풍력원자력수력 원전은 대안이 아닌 필수 에너지원 !!
6 국내 원자력 환경 변화
7 세계 원자력 환경 변화 원자력발전은 2030 년 까지 321 GW 의 신규 시장이 형성 예상 최대 예상 시장 규모 약 700 조원 [ 2030 년까지 300 여기 예상 ] 원자력발전은 2030 년 까지 321 GW 의 신규 시장이 형성 예상 최대 예상 시장 규모 약 700 조원 [ 2030 년까지 300 여기 예상 ] 116 GW 187GW North and South America Western Europe Eastern Europe & Russia Asia 47 GW 111GW 82GW 232GW 123 GW 149GW Africa 2GW 12GW Power Generation Capacity (GW) 370GW 691GW
8 원자력발전에서 핵연료 역할
9 핵연료의 역할 원자력 발전소 이용률 및 발전 손실률 세계 1 위 수준 달성에 기여
10 핵연료의 역할 (2) 발전원 중 최소 연료비 에너지 안보의 핵심
11 핵연료의 역할 (3) 연료 별 전기생산량 구분 PLUS7ACE7CANDU 제원 (cm) 20.7x20.7x x21.4x xФ10.2 연료봉 / 집합체 소결체 / 집합체약 92,000 개약 98,000 개 1,147 개 UO 2 무게 소결체 g 16.7 g 집합체 kg524 kg19 kg 다발 수 177 개 157 개 4560 개 전기 생산량 (kwh) 소결체 1 약 1,800(1 가구 8 개월 사용량 ) 약 1,000(1 가구 5 개월 사용량 ) 집합체 1 약 1 억 7 천만 (6 만가구 1 년 사용량 ) 약 115 만 (500 가구 1 년 사용량 )
12 국내 핵연료 개발 현황 및 전망
13 KNF 회사 개요 1982 년 회사 창립 1989 년 경수로 핵연료 가공기술 자립 및 상업생산 착수 1997 년 KAERI 로부터 노심 및 핵연료 설계 사업 이관 1998 년 중수로 핵연료 가공기술 자립 및 상업생산 착수 1982 년 회사 창립 1989 년 경수로 핵연료 가공기술 자립 및 상업생산 착수 1997 년 KAERI 로부터 노심 및 핵연료 설계 사업 이관 1998 년 중수로 핵연료 가공기술 자립 및 상업생산 착수 회사 연혁 회사 임무 국내 원자력발전소 원자력연료 전량 설계․제조 및 기술 개발 ※ 원자력발전소 총 28 기 ( 운전 중 : 20 기, 건설 중 : 8 기 ) 원자로심 설계 및 원자력발전소 안전해석 우라늄 재변환ㆍ생산 원자력연료 및 엔지니어링 서비스 제공 원자력연료 자원개발 ( 우라늄, 각종 소재 ) 국내 원자력발전소 원자력연료 전량 설계․제조 및 기술 개발 ※ 원자력발전소 총 28 기 ( 운전 중 : 20 기, 건설 중 : 8 기 ) 원자로심 설계 및 원자력발전소 안전해석 우라늄 재변환ㆍ생산 원자력연료 및 엔지니어링 서비스 제공 원자력연료 자원개발 ( 우라늄, 각종 소재 )
14 KNF 회사 개요 ( 계속 ) 3 본부 16 처 ( 실 ), 717 명 조직 및 인력
15 핵연료 가공 공정 UF 6 입고 UF 6 기화 UO 2 변환 균질 혼합 분말 전처리 압분 압분체 소결 소결로 연삭 UO 2 소결체 하부용접소결체장입 상부용접 ( 연료봉 ) 연료봉 최종검사 헬륨누출시험락커도포연료봉장입 최종검사집합체저장집합체포장
16 KNF 핵연료 성능 국내 핵연료 손상율 1.0E E E E-06 Year Fuel Leak Rate E E E E E E E E-06 0 핵연료 무손상 원전수 Zero Leak Plants (%) Year Korea Reference
17 KNF 의 Vision 2020
18 KNF 핵연료 개발 로드맵 핵연료 수입기 (70’s ~ 80’s) 핵연료 상용기술 자립기 (80’s ~ 90’s) 기술도입 연료 설계 / 제조 국산화 국산화 제 1 세대 핵연료 핵연료 개발기술 자립기 (’99~’04) 기술고도화 해외사와 공동개발 PLUS7 TM & ACE7 TM 제 2 세대 핵연료 고유 핵연료 확보기 (’05~’15) 독자 기술소유권 확보 X-Gen 연료 핵연료 원천기술 확보기 (’05~’15) 원천기술 개발 제 3 세대 핵연료
19 국내 핵연료 공급이력 W-STD, W-OFA JDFA PLUS7, 16ACE7, 17ACE7 K-OFA, K-STD, K-V5H, Guardian WH 설계 및 제조 KAERI 설계, KNF 제조 WH 설계, KNF 제조 KNF 개발, 설계 및 제조 WH16x16 (1 기 ) W-STD JDFA W-STD K-STD16ACE7 WH14x14 (1 기 ) W-STD W-OFAJDFAK-OFA WH17x17 (6 기 ) W-STD JDFA K-V5H W-OFA K-RFA 17ACE7 OPR1000 (8 기 ) K-STD Guardian PLUS7 CANDU (4 기 ) Standard CANDU ▲ KNF 창립 (1982) ▲ KNF 창립 (1982) ▲ 핵연료 생산 착수 (1989) ▲ 핵연료 생산 착수 (1989) ▲ 설계사업 이관 (1997) ▲ 설계사업 이관 (1997) ▲ 고유 (X-GEN) 핵연료 개발 착수 (2005) ▲ 고유 (X-GEN) 핵연료 개발 착수 (2005)
20 국내 핵연료 공급이력 (2) 4,511 MTU (As of December, 2008) 5,116 MTU (As of December, 2008) PWRPWR PWRPWR CANDUCANDU CANDUCANDU Capacity : Normal 550 MTU/y (Max. 700MTU/yr) Capacity : Normal 400 MTU/y (Max. 600MTU/yr)
21 국내 핵연료 개발 현황 국내 소요 핵연료 전량 공급을 위해 해외사로부터 기술도입 경수로 연료 설계 및 제조기술 도입 (1985) WH 형 핵연료 (STD, OFA, KOFA, V5H, RFA) 공급 (1989) OPR1000 핵연료 (STD, Guardian) 공급 (1994) 기술소유권이 없으며 국내 실시권만 보유 국내 소요 핵연료 전량 공급을 위해 해외사로부터 기술도입 경수로 연료 설계 및 제조기술 도입 (1985) WH 형 핵연료 (STD, OFA, KOFA, V5H, RFA) 공급 (1989) OPR1000 핵연료 (STD, Guardian) 공급 (1994) 기술소유권이 없으며 국내 실시권만 보유 국제경쟁력 확보를 위해 해외사와 공동개발 OPR1000 개량 핵연료 (PLUS7 TM ) 공급 (2006) WH 형 16x16 개량 핵연료 (16ACE7 TM ) 공급 (2008) WH 형 17x17 개량 핵연료 (17ACE7 TM ) 공급 (2009) 해외사 대비 안전성과 경제성 경쟁력 확보, 원천기술 일부 미확보 해외사와 공동개발로 일부 국가 ( 미국, 스페인 ) 수출 제약 국제경쟁력 확보를 위해 해외사와 공동개발 OPR1000 개량 핵연료 (PLUS7 TM ) 공급 (2006) WH 형 16x16 개량 핵연료 (16ACE7 TM ) 공급 (2008) WH 형 17x17 개량 핵연료 (17ACE7 TM ) 공급 (2009) 해외사 대비 안전성과 경제성 경쟁력 확보, 원천기술 일부 미확보 해외사와 공동개발로 일부 국가 ( 미국, 스페인 ) 수출 제약 제 1 세대 핵연료 제 2 세대 핵연료
22 국내 핵연료 개발 현황 (2) PLUS7 TM (2 nd Gen) PLUS7 TM (2 nd Gen) 9.5mm Yes Multiple Filter 55 GWD/MTU Fuel for OPR1000 & APR1400 Item Rod OD Mixing Vane Debris Filter Guardian (1 st Gen) Guardian (1 st Gen) 9.7mm No Single Filter Burn-up 45 GWD/MTU 2006 상용공급 2001 PLUS7 TM
23 국내 핵연료 개발 현황 (3) Item 상용공급 Mixing Vane(MV) RFA (1 st Gen) 2004 MV + 3 IFMs 17ACE7 (2 nd Gen) 2009 MV + 5 IFMs Burnup 45GWd/MTU 55GWD/MTU Item 상용공급 Rod OD Mixing Vane(MV) Debris Filter RFA (1 st Gen) mm Inconel, MV No Filter 16ACE7 (2 nd Gen) mm Zirlo, MV+3 IFMs Multiple Filter Burnup 38GWd/MTU 55GWD/MTU 17ACE7 17ACE7 TM 16ACE7 16ACE7 TM ACE7 TM
24 국내 핵연료 개발 현황 (4) 원천기술 확보를 위해 자체개발 개발 내용 OPR1000 용 X-GEN 핵연료 및 WH 형 원전용 X2-GEN 핵연료 개발기간 : ~ 개발 성능 목표 개량연료 대비 연소성능 증가 (55 → 65 GWD/MTU) 개량 연료 대비 열적여유도 향상 개발 현황 상세설계 완료, 노외실증시험용 부품 및 집합체 제조 착수 핵연료 부품 국내특허 25 종 출원 (4 종 등록 ), 해외특허 3 종 출원 피복관 및 지지격자판 소재 국산화 추진 중 (KAERI 개발 HANA) 원천기술 확보를 위해 자체개발 개발 내용 OPR1000 용 X-GEN 핵연료 및 WH 형 원전용 X2-GEN 핵연료 개발기간 : ~ 개발 성능 목표 개량연료 대비 연소성능 증가 (55 → 65 GWD/MTU) 개량 연료 대비 열적여유도 향상 개발 현황 상세설계 완료, 노외실증시험용 부품 및 집합체 제조 착수 핵연료 부품 국내특허 25 종 출원 (4 종 등록 ), 해외특허 3 종 출원 피복관 및 지지격자판 소재 국산화 추진 중 (KAERI 개발 HANA) 제 3 세대 핵연료 ( X-GEN)
25 국내 핵연료 개발 현황 (5) X-GEN 핵연료 개발 추진일정 고성능 고유핵연료 개발 주후보모형 개발 및 상세설계 노외성능 검증 및 최종설계 ’ 05 항목 연도 고성능 고유핵연료 노내성능 검증 시범집합체 제조 및 장전 인허가 시범집합체 노내검증시험 ’ 06 ’ 07 ’ 08 ’ 09 ’ 10 ’ 11 ’ 12 ’ 13 ’ 14 ’ 15 ’ 16 발전소내 검사 고유핵연료 상용 인허가 및 상용 공급 상용공급 인허가 노심 설계 및 안전해석 제조공정자격 인증 및 연료 제작 상용 공급 주 ) X2-GEN 핵연료 개발 일정 : 상기 일정 + 1 년
26 미래 핵연료주기기술 전망 연료
27 원천기술 ( 설계코드 ) 개발 현황
28 KNF 설계코드 개발 로드맵 기술기반 구축기 (80’s ~ 90’s) WH 형 원전 설계 OPR1000 설계 설계코드 도입 제 1 단계 기술개발 역량 고도화기 (’99~’04) 설계코드 대체 해석방법론 개발 미정부 제한코드 대체 제 2 단계 고유 핵연료 확보기 (’05~’15) 노심설계코드 안전해석코드 원천기술 확보기 (’05~’12) 고유코드 개발 제 3 단계
29 국내 설계코드 개발 현황 WH 형 8 개 원전 교체노심설계를 위해 해외사로부터 기술도입 독일 KWU 사 설계 코드 도입 (1986) 미국 WEC 설계코드 59 종 도입 (1994) OPR1000 초기노심설계를 위해 해외사로부터 기술도입 미국 CE 사 ( 현 WEC) 설계코드 약 180 종 도입 (1987) 기술소유권이 없으며 국내 실시권만 보유 WH 형 8 개 원전 교체노심설계를 위해 해외사로부터 기술도입 독일 KWU 사 설계 코드 도입 (1986) 미국 WEC 설계코드 59 종 도입 (1994) OPR1000 초기노심설계를 위해 해외사로부터 기술도입 미국 CE 사 ( 현 WEC) 설계코드 약 180 종 도입 (1987) 기술소유권이 없으며 국내 실시권만 보유 OPR1000 설계용 미정부 제한코드 7 종 사용협정 종료 (2007) WEC 설계코드들로 대체 방법론 개발 및 인허가 (2004~2007) 공개코드 (RELAP, RETRAN) 사용 안전 해석방법론 개발 WH 형 원전 LOCA 해석 방법론 개발 및 인허가 (2002) OPR1000 안전해석 방법론 개발 및 인허가 (2007) OPR1000 설계용 미정부 제한코드 7 종 사용협정 종료 (2007) WEC 설계코드들로 대체 방법론 개발 및 인허가 (2004~2007) 공개코드 (RELAP, RETRAN) 사용 안전 해석방법론 개발 WH 형 원전 LOCA 해석 방법론 개발 및 인허가 (2002) OPR1000 안전해석 방법론 개발 및 인허가 (2007) 설계코드 도입 설계코드 대체
30 국내 설계코드 개발 현황 (2) 원천기술 확보를 위해 국내기관 협력 공동개발 KNF, KHNP, KEPRI, KAERI, KOPEC 개발 내용 노심설계코드 (KNF 주관 ) 25 종 및 안전해석코드 (KNF 공동 ) 7 종 개발기간 : ~ 개발 목표 기술소유권이 확보된 세계 일류 원전 핵심코드 개발 현황 노심설계코드 프로그램 개발 완료, 검증 작업 중 안전해석코드 기능별 모듈 개발 완료, 모듈 통합 작업 중 원천기술 확보를 위해 국내기관 협력 공동개발 KNF, KHNP, KEPRI, KAERI, KOPEC 개발 내용 노심설계코드 (KNF 주관 ) 25 종 및 안전해석코드 (KNF 공동 ) 7 종 개발기간 : ~ 개발 목표 기술소유권이 확보된 세계 일류 원전 핵심코드 개발 현황 노심설계코드 프로그램 개발 완료, 검증 작업 중 안전해석코드 기능별 모듈 개발 완료, 모듈 통합 작업 중 KNF 원천기술 고유코드 개발 5 대양 6 대주, 우리기술 수출
31 핵연료의 해외수출 전략
32 해외 핵연료회사 현황 14%TVEL 3위3위 21% 기타 29%WEC 2위2위 36%AREVA 1위1위 점유율 (%) 회사구분 경수로 핵연료 시장 핵연료 공급량 (MTU) AREVA~ 3,300 WEC~ 1,900 KNF~ 400
33 구 분구 분 New Fuel ( 선행 핵주기 ) 발전 Spent Fuel ( 후행 핵주기 ) 정광변환농축 성형 가공 설계제조운영 사용후 연료 관리 처리 / 재처리 처분 미국 ○○○○ WH ○ WH ○ WH ○ Utility ○ △ ○ 프랑스 ○ Areva ○ Areva ○ Areva ○ Areva ○ Areva ○ Areva ○ EdF ○ EdF ○ Areva ○ 일본 ○○○○ MHI ○ MHI ○ MHI ○ Utility ○○○ 한국 ○ KNF ○ KOPEC ○ 두산 ○ KHNP 주 ) ○ : 보유, △ : 일부 보유 ( 재처리시설 미보유 ), : 미보유 외국 대비 국내 원자력 산업구조
34 KNF 핵연료 수출 로드맵 핵연료 부품 수출 (’02 ~ ’10) 기술도입 연료 상하단 고정체 OEM 방식 제 1 단계 개량 핵연료 수출 (’06~’15) 공동 진출 PLUS7 TM & ACE7 TM 부품 및 완제품 제 2 단계 고유 핵연료 확보기 (’05~’15) X-Gen 연료 및 기술 (LTA & Reload) CANFLEX 고유 핵연료 및 기술수출 (’13~) 독자 진출 제 3 단계
35 핵연료 해외수출 현황 핵연료 부품 계약 품목계약내용계약액 ( 체결일 ) 계약처공급기간 상, 하단고정체 3 년 공급 (400 개 / 년 ) $2,591,100 ( 월 ) 미국, WEC ~ 지지격자체 등 3 개 재장전 (48sets/R) $1,687,070 ( 월 ) 브라질, INB2007 년 ~ 2010 년 지르칼로이 Tube 4 년 공급 (16,000 개 / 년 ) $2,552,960 ( 월 ) 미국, WEC2010 년 ~ 2013 년 지르칼로이 Scrap 등 1~2 ton$39,000 ( 월 ) 캐나다, MM&A 매년 계약 갱신 계 $6,870,130
36 핵연료 해외수출 추진 현황 핵연료 단독 수출 16ACE7 TM 필리핀 바탄 원전 진출 AECL 신규원전 (ACR1000) 연료 (CANFLEX-ACR) 수출 AECL 과 7 년 공급분 ( 54,720 다발, 1 조 7 천억원 ) 수주 계약 협의 중 WEC 와의 협력을 통한 핵연료 수출 PLUS7( 미국 ) 동반 진출 CEA 합작사 설립 ( ) 및 공동생산 미국 수출 추진 중 X-GEN 연료 해외 진출 전략 수립 전략적 제휴를 통한 미국 등 현지 회사 설립 추진 16ACE7 TM 필리핀 바탄 원전 진출 AECL 신규원전 (ACR1000) 연료 (CANFLEX-ACR) 수출 AECL 과 7 년 공급분 ( 54,720 다발, 1 조 7 천억원 ) 수주 계약 협의 중 WEC 와의 협력을 통한 핵연료 수출 PLUS7( 미국 ) 동반 진출 CEA 합작사 설립 ( ) 및 공동생산 미국 수출 추진 중 X-GEN 연료 해외 진출 전략 수립 전략적 제휴를 통한 미국 등 현지 회사 설립 추진 전력그룹 원전 수출 요르단, UAE, 터키 원전 수주 참여 OPR1000 또는 APR1400 핵연료 공급 요르단, UAE, 터키 원전 수주 참여 OPR1000 또는 APR1400 핵연료 공급
37 경수로 핵연료 해외수출 추진 전략 년도 (Year) Market KNF 공장 해외 핵연료공장 건설, 해외 핵연료 공급 KNF 해외 핵연료시 장 원전 시장 (One KEPCO NPP 수출동반 ) Joint Venture LTAs In-Reactor Supply Reload Fuel NPP 건설 ICD 설계 및 연료제작 Supply ICD & Reload 2020 년까지 연간 10 개 호기 핵연료수출 목표
38 현안사항
39 현안 사항 핵연료생산 물량 증가 2010 년 부터 경수로핵연료 생산량 약 40% 이상 증가 신고리 1/2 호기, 신월성 1/2 호기 등 신규원전 공급 물량 증대 노심설계 대상 원전 증가 2010 년 부터 신규원전 노심설계 업무량 증가 신고리 1 호기 교체노심설계 신울진 1/2 호기 및 신고리 5/6 호기 초기노심설계 원천기술 (Nu-Tech 기술 ) 개발 기간 단축 (2015 년⇒ 2012 년 ) 및 원전수출 Project 업무 추가 원전설계 핵심코드 개발 기간 단축 및 개발 업무 증가 APR+ 개발, 유럽형 APR1400 기본설계 개발 핵연료 수출 관련 업무 증가 해외 가동원전에 핵연료 완제품 수출 전력그룹 공동 (One KEPCO) 해외 원전 수출 핵연료생산 물량 증가 2010 년 부터 경수로핵연료 생산량 약 40% 이상 증가 신고리 1/2 호기, 신월성 1/2 호기 등 신규원전 공급 물량 증대 노심설계 대상 원전 증가 2010 년 부터 신규원전 노심설계 업무량 증가 신고리 1 호기 교체노심설계 신울진 1/2 호기 및 신고리 5/6 호기 초기노심설계 원천기술 (Nu-Tech 기술 ) 개발 기간 단축 (2015 년⇒ 2012 년 ) 및 원전수출 Project 업무 추가 원전설계 핵심코드 개발 기간 단축 및 개발 업무 증가 APR+ 개발, 유럽형 APR1400 기본설계 개발 핵연료 수출 관련 업무 증가 해외 가동원전에 핵연료 완제품 수출 전력그룹 공동 (One KEPCO) 해외 원전 수출 공장증설 등 시설 및 기술인력 확보 시급
40 요약 및 결론 국내원전에 신뢰성 있는 고성능 핵연료 공급 원천기술 및 국제경쟁력 확보로 해외시장 개척 세계 3 대 선 후행 핵주기 전문회사로 도약
41 감사합니다감사합니다