STEPI 과학기술정책포럼 원자력기술개발과 국제환경 2001. 7. 12 이 태 준 한국원자력연구소

목 차 에너지 자원과 원자력의 역할 우리나라 원자력기술개발 현황 원자력 기술 개발과 국제 환경 이 태 준

I. 에너지 자원과 원자력의 역할

원자력 발전 시스템 원자로 격납용기 가압기 제어봉 원자로 압력용기 냉각재 냉각재펌프 증 기 발 생 증기 물 복수기 급수펌프 냉각수 순환펌프 발전기 터빈 이 태 준

원자력 발전기술은 20세기 위대한 공학기술 원자력은 1위 : 전기 2위 : 자동차 3위 : 비행기 ㆍ 8위 : 컴퓨터 19위 : 원자력 기술 20위 : 폴리머 기술 20세기 인류에 가장 큰 영향을 끼친 최고의 공학기술 20가지 원자력은 - 최소의 천연 자원 이용; 최소량의 폐기물 발생 - 대량의 에너지 생산 - 과학기술집약적/초고밀도 High Tech. 에너지 (National Academy of Engineering, NAE)선정 이 태 준

원자로 및 핵연료주기기술 개발 Option Pu U,TRU,FP MA U, TRU, Impurity FP MOX Fabrication Conversion Enrichment U PUREX OREOX DUPIC Dry Processing Metal Fuel Hyper Fuel Wastes Disposal Spent Fuel Storage Pu PWR LMR HWR TRU, Impurity FP, I, Tc FP U, TRU, Impurity FP MA Natural U U,TRU,FP ADS (Burner) MA = Np, Am,Cm, .. TRU = MA + Pu 이 태 준

세계의 에너지 자원 수명 석 유 천연가스 석 탄 우라늄 3600년 224년 62년 60년 42년 British Petroleum 1997 1조 배럴 5x1015 ft3 1조톤 400만톤 42년 62년 224년 석 유 천연가스 석 탄 우라늄 60년 3600년 (플루토늄 이 용) 이 태 준

에너지 자원의 지역 편중성 석 유 77.5% 72.4% 석 탄 80.1% 중동 구소련 중국 미국 베네수엘라 (65.9%) 석 유 천연가스 석 탄 중동 구소련 중국 미국 베네수엘라 65.9% 30.7% 23.8% 37.6% 5.8% 4.1% 25.6% 석 유 석 탄 (65.9%) (37.6%) (30.7%) (25.6%) (23.8%) (5.8%) 77.5% 72.4% 80.1% (4.1%) 이 태 준

대체에너지의 장단점 항목 장점 단점 태양광발전 (태양열발전) 풍력발전 지열발전 파력발전 해양온도차 발전 깨끗하다 고갈될 염려가 없다. 깨끗하다 고갈될 염려가 없다. 발전비용이 비교적 저렴하다 깨끗하다 고갈될 염려가 없다. 에너지 밀도가 낮다 시설비가 비싸다 구름이 많거나 비가 오면 발전 할 수 없다 소규모 발전에만 유망하다 경제성이 아직은 없다 에너지 밀도가 낮다 바람이 안 불면 발전할 수 없다 우리나라는 적격지가 드물다 소규모 발전에만 유망하다 지중 상황 파악이 곤란하다 적격지가 한정된다 우리나라는 적격지가 드물다 에너지 밀도가 낮다 발전량당 시설비가 비싸다 적격지가 한정된다 소규모 발전에만 유망하다 경제성이 아직은 없다 단점 이 태 준

세계 원자력 발전 현황 (2000년말 현재) 원자력 발전량 점유율 (%) 원전 보유 기수(시설용량:MWe) 이 태 준 미 국 미 국 대 만 영 국 일 본 프랑스 6(4,884) 19.8 76.4 40.7 29.1 35(12,968) 21.9 러시아 29(19,843) 15.0 독 일 19(21,122) 30.6 스웨덴 11(9,432) 39.0 벨기에 7(5,712) 56.8 원자력 발전량 점유율 (%) 원전 보유 기수(시설용량:MWe) 47.3 우크라이나 13(11,207) 한 국 40.1 16(12,990) 14(2,503) 3.1 인 도 불가리아 6(3,538) 45.0 스위스 5(3,192) 38.2 슬로바키아 6(2,408) 53.4 (자료원: IAEA) 캐나다 14(9,998) 11.8 스페인 9(7,512) 27.6 이 태 준

국내 에너지 자원 부존 현황 무연탄 15억톤 수 력 300만kW 우라늄 5만톤 조 력 170만kW 이 태 준

우리나라의 에너지 수입 의존도 96.4% (%) 연도 47.5% 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 '70 '75 '80 '85 '90 85.7% 원자력을 수입에너지로 간주할 경우 원자력을 국산에너지로 간주할 경우 1997년 에너지수입액: 270억달러 매년평균 15% 증가 추세 이 태 준

국가 경쟁력과 원자력 발전의 역할 전기요금(kWh) : 1982년(69.87원) ⇒ 1999년(71.59원) [2.46% 인상 : 원자력발전이 저인상의 중요 요인] - 동기간 국내소비자 물가 상승률은 126% - 물가 상승률까지 고려하면 동기간에 전기요금은 절반으로 인하된 것임 현재 16기 원자력발전소 ⇒ 1030억 kWh 전력생산 (1999년 실적) - 연료비(농축우라늄) : 4억 달러 - 이것을 LNG로 발전할 경우 약 80억 달러가 필요 ☞ 상대적으로 저렴한 전기 값이 아니면 상품 제조 원가 측면에서 국제 경쟁력 상실 이 태 준

국내 전원별 발전원가 및 연료비 점유율 1998년 원/kWh * 농축이전의 우라늄 값은 ~2% 정도임 113.6 62.1% 33.7 51.5 37.8 59.8 113.6 11.1% 17.4% 49.4% 64.5% 62.1% 원/kWh 1998년 * 농축이전의 우라늄 값은 ~2% 정도임 이 태 준

원자력 발전과 전력요금 변화 1980년대 부터 시작된 원자력발전의 확대는 물가상승률에 훨씬 못 미치는 안정적인 전력요금에 커다란 기여를 하였음. 이 태 준

국내 전원공급 계획 변화 단위 : 백만 kWh 원자력 3477 67029 101238 126364 153156 190125 원자력 비율 9.3% 36.3% 40.4% 38.5% 40.6% 45.2% 원자력 3477 67029 101238 126364 153156 190125 단위 : 백만 kWh 이 태 준

II. 우리나라의 원자력 기술개발 현황

국내 원자력 기술 개발 학습 과정 이 태 준

원자로 및 핵연료 기술개발 CANDU-type Fuel PWR NSSS System Westinghouse Type (14x14, 17x17) ABB-CE Type (16x16) PHWR ‘80 ‘85 ‘90 ‘95 ‘00 Fuel Fabrication Development Technology Production Plant Construction (100 MT/Y) Supply of All Domestic Demand (’98.3, 400 MTU/Y) Reload Fuel for Existing Plant KAERI/Siemens Joint Design Independent Design By KAERI Supply of All Domestic Demand KAERI/ABB-CE Joint Design YGN 3&4 Initial Core Independent Design YGN 3&4 Reload UCN 3&4 Initial Core Independent Design by KAERI Independent Design UCN 3&4 Read KAERI/ABB-CE Joint Design YGN 3&4 Standardization Concept ADFs K-SSAR K-SRED KSNP Phase I Phase II Phase III Phase IV Independent Design UCN 3&4 Joint Design with AECL W-2, 3&4 이 태 준

Technological Catching-up of Nuclear Power Plant Contract COD #23, 24, 25, 26, 27, 28 (KNGR) In Planning (4) Innovation PWR PHWR KSNP #21, 22 Under Construction (4) As at the end of 2000 In Operation (16) #19, 20 Ulchin 5&6 PWR 600/900/100 MWe x 12 16 PHWR 600 MWe x 4 Adaptation #17,18 Yonggwang 5&6 NUCLEAR GENERATING CAPACITY(GWe) 14 # 15, 16 Wolsong 3&4 #13, 4 Ulchin 3&4 Standardization System Integration #4 Wolsong 2 #11,12 Yonggwang 3&4 In Operation (16) #9, 10 Ulchin 1, 2 6 Assimilation #7, 8 Yonggwang 1&2 Component Base 4 #5, 6 Kori 3& 4 # 3 Wolsong 1 Acquisition Turn Key KNU 1 Kori 1 # 2 Kori 2 TCs Stage 1970 74 78 1982 86 1990 94 98 2002 06 2010 이 태 준

Improvement of Imported Technology CDF(Core Damage Freq.) 10-3/yr~10-4/yr Less than 10-5/yr Reduced by Factor of 10-100 Design Lifetime 30~40yrs 40~60yrs Plant Availability* ~75% 80~87% Refueling Cycle 12~15 months 12~24 months Licensing Severe Accident Severe Accident As Not Considered Safety Margin Basis Improvem’t in KSNP Imported Technology * Plant availability = (Average operational power level) x 100 / Designed Full Power Level) 이 태 준

원전 기자재 국산화 Component YGN 1&2 UCN 1&2 YGN 3&4 UCN 3&4 YGN 5&6 (Aug. ’79) UCN 1&2 (Nov. ’80) YGN 3&4 (Apr. ’87) UCN 3&4 (Jul. ’91) YGN 5&6 (Mar. ’94) Reactor Vessel    S/G Pressurizer Primary Piping RCP Reactor Internal; CRDM Others (Pumps, Valves, etc.) Turbine Casing Diaphragm; T/G Rotor Bucket GEN Frame MSR Polar Crane  : Completely Localized,  : Partially Localized,  : Imported 이 태 준

Nuclear Power Plants in Korea SHINPO (4 + 2) SEOUL ULCHIN TAEJON (As of March 2000) WOLSONG YONGGWANG PWR PHWR Operation Construction (4) KORI (4 + 2) (4) 이 태 준

핵연료주기 기술학습 경로 Fuel Indigenzation Technology Enhancement PHWR (’87) PWR (’89) Next Generation Power Reactor Development Advanced Fuel Development NSSS Joint Design / Technology Transfer Implementation of KSNP Yonggwang 3&4 (’87.4 – ’96.3) Wolsong 2 (’90.12 – ’97.6) Wolsong 3&4 (’92.3 – ’99.6) 8 More KSNP Units to be Constructed until 2015 Continuous Improvement with More ADF’s Development of Korea Standard Nuclear Power Plant (KSNP) Independent Design of Ulchin 3&4 (’92.5 – ’99.6) - Leading unit of KSNP 이 태 준

우리나라의 원자력연구개발 정책 체제 과학기술부 + 산업자원부 원자력진흥종합계획 부문별 시행계획 년도별 세부사업추진계획 원전기술고도화계획 (’99-2006) 원자력 연구개발 사업 원자력연구개발 중장기계획 사업 (’99년 2월 수정계획에 의거 수행) 국제협력기반조성사업 원자력기초연구사업 원자력연구개발성과이전사업 등 정부출연금 + 원자력연구개발기금 재 원 기 획 KISTEP 연구개발사업 수행 KAERI, KINS, KEPRI, 대학, 산업체 기타 연구기관 이 태 준

원자력진흥종합계획 원자력법(제8조의 2)에 의한 수립 기본 목표 우리나라 원자력정책의 기본방향을 제시 현 계획은 1997년 6월 제247차 원자력위원회에서 의결하여 성립 현재 개정작업 진행 중 (5년마다 개정토록 하고 있음) 기본 목표 1. 국내 전력생산의 주종 에너지원으로서 원자력의 위상을 확립하여 안정적인 에너지공급을 추구 2. 종합적이고 체계적인 원자력연구개발을 통해 원자로 기술 및 핵비확산성 핵연료주기 기술 자립역량을 확립 3. 민간의 창의와 참여를 바탕으로 원자력기술 고도화를 추진하여 국제경쟁력을 확보하고 원자력을 수출산업으로 육성 4. 농공의학 및 산업분야에서의 원자력이용을 확대하고, 원자력의 기초연구를 활성화하여 국민복지지향성과 창조적 과학기술발전에 선도적 역할을 담당 이 태 준

원자력연구개발 중장기계획 사업 원자로 및 핵연료 분야 원자력안전연구분야 방사성폐기물관리기술 분야 21세기 초 일체형 원자로 기술 가동원전 성능향상 기술 차세대원자로 설계검증 기술 미래형 및 경수로용 신형 핵연료 원자력안전연구분야 방사성폐기물관리기술 분야 21세기 초 원자력기술 선진국 진입 원자력기술자립 고도화 원자력산업 경쟁력 제고 국민 삶의 질 향상 원자력안전성향상기술 원자력 열수력 및 중대사고 실증시험 원전설계코드 국산화 원자력/방사선 안전규제기술 사용후핵연료 관리이용기술 고준위폐기물 처리전환기술 고준위폐기물 처분기술 방사선이용 및 방호연구분야 원자력기반연구분야 동위원소 생산이용기술 방사선식품생명공학기술 방사선의 공업적/의학적 이용기술 방사선환경방호기술 등 액체금속로 설계기술 DUPIC 핵연료 기술 원자력재료기술 원자력산업용 레이저기술 연구로 이용기술 등 이 태 준

원자력연구개발 중장기계획 사업 - 투자규모 총 투자규모 (’97 – 2006) : 2조 3,855억원 (’99년 2월 수정계획 기준) 구분 1단계 (’97~’01) 2단계 (’02~’06) 계 ’97년 ’98년 ’99년 ’00~’01 원자력 연구개발 기금 887 918 1,049 2,299 6,665 11,818 정부출연금 632 627 573 1,561 8,644 12,037 - 연구사업비 293 304 300 780 3,979 5,656 - 기관고유사업 339 323 273 781 4,665 6,381 1,519 1,545 1,622 3,860 15,309 23,855 주) 1. 기금규모의 추정 : (장기전력수급계획에 의거한 전년도 원자력발전량(kWh)) X (1.20원/kWh) 2. 정부 출연금은 출연(연)의 기관고유사업비 포함 이 태 준

원전기술 고도화 계획 - 개요 및 목표 개요 목표 계획기간 : 1999 – 2006년 소요재원 : 4,987 억원 (이중 정부출연금 640 억원) 주관부서 : 산업자원부 수행기관 : KEPCO, KOPEC, KNFC 등 산업체 목표 2006년까지 원전 건설 및 운영 분야의 핵심기술 개발을 통하여 국제경쟁력 있는 독자적인 기술능력 확보 제1단계 (1999-2002) : 핵심기술 개발 (확보 및 개량) 제2단계 (2003-2006) : 핵심기술 고유화 이 태 준

제4세대형 원자력시스템 연구개발 동향 제4세대형 원자력시스템 개발 지속 가능한 개발의 달성 지구환경문제 대응 안정적인 에너지 공급 INPRO 제4세대형 원자력시스템 개발 안전성, 경제성, 폐기물감소, 핵확산저항성, 투자위험 감소, 국민수용성 등의 획기적 제고 Gen IV Nuclear Energy System IAEA 주관 경제적이고 안전한 미래형 원자로 개발 총회 의결에 따라 ’01년 1월 착수 미국 주관 한국, 프랑스, 일본 등 8개국이 공동 참여 2030년경 도입을 위한 미래형 원자력시스템의 개발 EU 프랑스/독일 일본 중국 러시아 한 국 MICA EPR Fast Rx Systems CAP-600 SMART KALIMER BREST- 600, 1200 이 태 준

III. 원자력 기술개발과 국제 환경

원자력 기술학습 환경 국제정치적 요인 원자력 기술학습 성과 기술적 요인 사회경제적 요인 이 태 준

원자력 기술의 국제정치적 특성 ■ 상업용 원전기술의 군사적 전용가능성 ■ 민수용/군사용의 경계를 구분할 기술 미개발 농축 (90 % of U-235) 및 재처리 (Pu-239) 기술 임계 질량 (chain reaction 유지) -        U-235: 약 15 kg, Pu-235: 약 5 kg 1000 MWe-급 PWR 1 기 -        200 – 250 kg of reactor-grade Pu -        30 – 40기의 핵무기 생산가능   ■ 민수용/군사용의 경계를 구분할 기술 미개발 ■ 대량살상 무기 (핵무기)가공할 파괴력 -       국제관계 변화 -       지역 및 세계질서 변화 초래 이 태 준

원자력 기술학습의 국제 정치적 요인 ■ 미국의 핵비확산 정책이 핵심 세계 핵비확산 정책 선도 -   IAEA 설립, NPT 발효 및 무기한 연장 -   Denial policy (1945-6);   Atoms for Peace Policy (1953-4); Carter Policy (1977-8) (1) 수출 통제 정책 (Export Control Policy) 공급국 정부의 자국 기술의 국제 이전에 대한 사전 통제 정책 (ex-ante intervention). (2) 사전 동의 정책 (Prior Consent Right Policy)  국제적으로 이전된 기술이나 물질에 대하여 공급국 정부가 수령국의 기술활동을 사후적으로 규제하는 정책 (3) 국제 정치적 영향력 (International Polictical Influence)   국제관계상 개도국의 기술학습에 대한 정치적 영향력 이 태 준

국내 후행핵주기 기술개발과 국제환경 (*1) 1970s 1980s 1990s-00s 1. 기술개발 노력 (Technological Effort) 1970s 1980s 1990s-00s 기술전략 고유기술능력개발 -상용/실험실규모 제작설비 (1971-1989) -실험실/파일로트 규모 제작설비 (1983-1991) -실험실규모 시제품 생산 (1991-2006) 주요학습 방법 선진국 기술수입 공동연구개발을 통한 기술이전 자체연구개발과 공동연구개발 조직구조 양국간 기술조직 - 한국과 프랑스 - 한국과 카나다 다자간 기술/정치 조직 - 한국, 카나다, 미국 이 태 준

국내 후행핵주기 기술개발과 국제환경 (*2) 1970s 1980s 1990s-00s 2. 기술변화 경로 (Technical Path and Position) 1970s 1980s 1990s-00s 기술변화 방향 핵확산 저항성 매우 낮음 여전히 낮음 매우 높음 에너지 경제성 낮음 보다 낮음 기술 능력 수준 기술의 혁신성 재래식 기술 혁신 기술 기술능력 N/A 실험실 수준 설계,제작 이 태 준

결언: 기술능력과 국제관계 국가 R&D를 통해 축적된 기술능력은 (필요조건) - 국제정치적 영향에 대처하면서 ■ 기술능력은 국제관계의 영향을 감소시키는 데 기여함.  국가 R&D를 통해 축적된 기술능력은 (필요조건) - 국제정치적 영향에 대처하면서 - 국내 니즈를 유지할 수 있는 기술변화 방향을 발굴함 - 국제관계의 영향을 줄일 수 있는 돌파구를 마련함 또한 해당분야에서 축적된 개념설계 능력과 주변관련분야에서 축적된 기술능력을 결합하여 혁신적, 복잡한 기술개발 프로젝트 (1990s-00s)를 수행함. 이 태 준

결언: 기술경제적 니즈와 국제 관계 1970s 1980s 1990s-00s ■ 축적된 기술능력과 함께 산업경제적 니즈의 강화와 국제환경 개선을 위한 정부의 노력이 국제관계의 영향을 감소시키는 데 종합적으로 작용함 (평화적 목적을 위한 기술학습 타당성 증가). 1970s 1980s 1990s-00s 에너지 안보 매우 취약 국내 산업 니즈 매우 작음 PWR 1기 도입중 - SF 문제 (x) 작음 - PWR 2기와 CANDU 1기 운전 큼 - PWR 9기와 CANDU 2기 (1991) 운전중 - SF 문제 심각 정부 정책 - NPT 발효(1975) -한반도비핵화 선언(1991) - TCNC 설립 (1994) 이 태 준