원자력의 이해 2조 손준희, 이대성, 김성훈, 이승기, 이정찬

개요 1. 원자력의 역사 2. 원자력의 원리 3. 원자력 전력생산량 비교 4. 원자력의 장단점 5. 원자력의 사고사례

원자력의 역사

_원자력에너지는 어떻게 시작되었나? 원자력 발전소가 탄생하기까지의 과정

폐허가 된 히로시마 원자 폭탄 - 리틀 보이. 인류 역사에서 원자력은 1945년 일본 히로시마와 나가사키에 군사적 무기 로 사용되면서 첫선을 보였다. 하지만 원자력이 원자폭탄이라는 전 지구적 공포의 대상에서 벗어나 새로운 가능성을 선보이기 시작한 것은 8년 후인 1953년이다.

아이젠하워 연설 IAEA(국제원자력기구) 1953년 12월 8일, 유엔 총회 연설에서 미국 아이젠하워(David Eisenhower, 1890~1969) 대통령은 원자력의 평화적 이용을 선언하고 국제원자력기구(IAEA, International Atomic Energy Agency)의 창설을 제창했다. 이후에 결의안 채택, 헌장 초안 마련, 조인 등의 과정을 거쳐 1957년 7월 29일 국제원 자력기구가 정식으로 출범했다.

미국 영국 구소련 원자력 발전은 원자력의 평화적 이용을 위한 국제 기구 창설 움직임과 더불 어 미국, 영국, 구소련 등 기술 보유국을 중심으로 전개되기 시작했다.

:오브닌스크 (Obninsk) 구소련이 발 빠른 움직임을 보여 1954년 6월 세계 최초의 원전인 5MW급 흑연감 속형 원자로 오브닌스크(Obninsk)를 가동했다. 구소련의 이러한 움직임은 미국을 중심으로 한 서방 세계에 자극을 주었고, 원자력 발전의 세계화를 촉발하는 계기 가 됐다.

세계 최초의 상업용 원전인 콜더홀 1호기 준공식(1956.10.17) 영국 여왕 엘리자베스 2세가 참석한 가운데 열린 세계 최초의 상업용 원전인 콜더홀 1호기 준공식(1956.10.17) 영국은 1956년 10월에 60MW급 기체 냉각로인 콜더홀 1호기를 가동시켰다.

시핑포트 원자력 발전소 미국은 1957년 12월 100MW급 가압경수형 원자로인 시핑포트(Shipping Port) 원전을 가 동해 본격적인 원자력 시대를 열었다.

프랑스 독일 일본 1970년대에 들어 반원전 단체들이 등장하고 원전의 안전성 문제를 제기하면서 건설 붐이 시들해지기도 했다 프랑스 독일 일본 1970년대에 들어 반원전 단체들이 등장하고 원전의 안전성 문제를 제기하면서 건설 붐이 시들해지기도 했다. 미국, 영국, 구소련이 주도해 개발되던 원자력 발전은 차츰 프랑스, 독일, 일본 등으로 무게 중심이 옮겨졌다.

TRIGA MARK-2 고리 1호기 한국은 1962년 3월 연구용 원자로(TRIGA MARK-2, 열출력 100kW)가 가동 된 이후 1978년 4월 고리 1호기(가압경수형 원자로, 587MW)가 최초로 상 업 운전을 개시하면서 본격적인 원자력 시대를 열었다.

_대한민국 원자력 발전소 현황 대한민국은 2017년 기준으로 4곳의 원자력 발전소와 24기의 원자로를 가동 중이다. _대한민국 원자력 발전소 현황 대한민국은 2017년 기준으로 4곳의 원자력 발전소와 24기의 원자로를 가동 중이다. 발전량 기준으로는 세계 6위이며, 회사 단위로는 세계 2위의 원자력발전회사인 한국수력원자력이 있다. 원전은 한국 내 전체 전기 생산의 30%를 차지하고 있다.

현재 한국을 포함해 미국, 일본, 프랑스 등 11개국이 참여하고 있는 제4세대 원자 로(Gen-Ⅳ Nuclear Energy Systems) 국제 공동 연구가 대표적이다. 4세대 원자로는 경제성, 안전성, 지속성, 핵확산 저항성이 우수한 원자로로 2030년 가동을 목표로 연구 개발이 진행 중에 있다.

원자력의 발전원리

원자력 발전원리 우라늄 235의 원자핵이 중성자를 흡수하면 2개의 다른 원자핵으로 분열하 는 것을 핵분열이라고 한다. 무거운 원자핵이 분열하면 많은 에너지와 함께 2~3개의 중성자가 나오고, 이 중성자가 다른 무거운 원자핵과 부딪치면 또다시 핵분열이 일어나는데 이것이 계속해서 일어나는것을 핵분열 연쇄반응 이라 한다. 우라늄 1그램이 분열할 때 생기는 에너지는 석유 9드럼, 석탄 약 3톤이 완 전 연소할 때 생기는 에너지와 맞먹는다. 즉, 우라늄은 석탄보다 약 3백만 배 의 열을 낸다고 할 수 있다

. https://www.youtube.com/watch?v=X5el5tB0dvw

원자력 전력생산량 비교

2013년도 원자력 생산량비교 (단위 : Gwh, %) 출처 : 한국전력 (전력통계속보) , 산업통상자원부 (제6차 전력수급기본) http://www.index.go.kr/potal/main/EachDtlPageDetail.do?idx_cd=1339 원자력 발전량 의의 및 활용도 * 원자력 발전은 값싸고 이산화탄소 발생량이 적은 환경친화적인 에너지원으로서 발전 원가중 연료비 비중이 낮아 해외 에너지가격변동에 안정적임 국가별 원자력 발전량 비교 계 원자력 석탄 유류 LNG 수력 집단/대체 2000 발전량 266,400 108,964 97,538 26,142 28,146 5,610 - 비중 100.0 40.9 36.6 10.0 10.6 2.1 2008 422,355 150,958 173,508 10,094 75,809 5,561 6,426 36.0 41.0 2.0 18.0 1.0 2014 526,761 192,754 197,356 9,840 107,805 1,372 17,635 37.5 1.9 20.5 0.3 3.3 2020 588,856 259,378 217,454 3,039 62,081 6,256 40,648 44.0 36.9 0.5 10.5 1.1 6.9 2024 608,591 295,399 188,411 2,912 59,201 8,202 54,467 48.5 31.0 9.7 1.3 8.9 단위 한국 일본 프랑스 독일 미국 러시아 GWh 132.5 14.0 405.9 92.1 790.2 161.7

문재인 정부의 탈원전 정책 문재인 정부의 첫 15년짜리 중장기 전력계획안 산업통산자원부는 2030년 전체 발전량 가운데 원전 비중과 신재생에너지 비중을 각각 23.9%, 20% 설정한 8차 전력수급기본계획안 을 발표했다 2013년과 비교해 원전비중을 상당부분 낮추고 신제생에너지의 비중을 높이겠다는 문재인 정부의 계획이다

전력수급 추이 전기는 전선을타고 흐르다가 사용하지못하면 버려지게된다 하지만 버려지는 아까운 전기를 저장하는 신기술 ESS 2003년 8월 14일 오후 뉴욕은 블랙아웃(대정전) 으로 인해 도시 전체가 마비되었습니다 대중교통은 물론 항공기까지 운항이 중단되었고 상업시설도 제 기능을 할 수 없었다. 그당시 전력이 복구되는 데에만 꼬박 3일이 걸렸고 피해액은 무려 60억 달러(한화 약 6조 8천억 원)에 달했다 그래서 그해결책으로 제시되고 있는 것이 ESS 이다 ESS는 발전소에서 과잉 생산된 전력을 저장한뒤 전력 피크 시 송전하는 시스템이다 ESS 에는 3가지 유형이 으로 구분된다 울트라 카피시터 전기를 직접 충전하는 방식 플라이휠 같이 회전력을 이용하여 에너지를 저장하거나, 양수발전 과같은 물리적인 방식으로 에너지를 저장하기도한다 마지막 3번째는 2차 전지인 리튬이온 배터리와 같은 화학 에너지로 저장하는 방식도있다 년 월 2018. 3 2018. 7 2018. 8 2018. 9 2019. 3 총설비용량 116,747 117,205 117,840 117,996 119,350 공급능력 90,761 99,570 100,250 94,223 90,422 최대전력 78,855 92,478 91,548 78,405 74,136 평균전력 63,506 69,919 71,552 60,455 63,382 공급예비력 11,906 7,092 8,702 15,818 16,286 공급예비율 15.1 7.7 9.5 20.2 22.0 평균이용률 54.4 59.5 60.6 51.2 52.9 (단위 : MW) 주1 최대전력 발생시점 기준

ESS 의필요성 ESS 가필요한이유 원자력 발전에 대한 의존도를 낮추려는 움직임이 꾸준히 제 기되고있고 신 제생에너지를 사용하고자하는 움직임이 확산되고 있지만 태양 광, 풍력에서 얻는 자연 에너지의 발전량은 불규칙하여 전력 공급이 불안정한 부분이 다소 있다 그래서 이왕이면 발전량이 많을 때 전기를 저장해 두었다가 수요가 증가할 때 사용 할 수 있는 ESS기술 도입에 대한 관심이 높아지는 추세 이다 15일 정용훈 카이스트 교수(원자력양자공학과)가 에너지경제연구원에 게재한 ‘원자력 발전과 태양광 발전 전망’ 보고서를 보면 작년 기준의 태양광(385GW) 과 원자력(392GW) 설비용량은 거의 비슷하지만 발전량은 원자력(2503TWh) 이 태양광(416TWh)의 6배가 넘었다. 게다가 운영기간 까지 감안하면 차이는 더 커진다. 원전의 운영허가기간은 통상 60년이고 이후 10~ 20년 단위로 갱신을하는거와 달리 태양광은 통상 20년이 모듈수명이다. 동일 용량이라면 수명을 감안하면 전력생산량은 원전은 태양광의 18배에 달한다고 분석했다

원자력의 장단점

원자력의 장점 원자력 발전소는 에너지 자립의 초석이다. 그리고 에너지 자립은 국력을 좌 우한다. 원자력발전소는 첨단과학기술의 집합체이며 모두 국산화가 가능하여 고도 기술을 선도한다. 원자력 발전은 안정적인 연료공급 에너지다. 원자력발전은 다른 발전 단가에 비해 단가가 저렴하다. 적은 양의 우라늄으로도 상당히 많은 양의 에너지를 얻을 수 있어 경제성이 높다.

경제성이 뛰어나다 다른 발전소에 비해 발전 비용이 저렴. 국가 원자력 석탄 석탄(CCS[6]) 가스(CCGT[7]) 풍력 프랑스 9.2 - 12.2 독일 8.3 8.7-9.4 9.5-11.0 9.3 14.3 일본 7.6 10.7 12.0 한국 4.2-4.8 7.1-7.4 9.5 미국 7.7 8.8-9.3 9.4 7.0 중국 4.4-5.5 5.8 5.2 7.2-12.6 러시아 6.8 9.0 11.8 7.8 다른 발전소에 비해 발전 비용이 저렴. .

원자력의 단점 원전사고의 위험성이 있다. 원자력 발전의 초기 건설비용이나, 운전 중 배출되는 여러가지 방사능 폐기 물 처리, 수명이 다한 원전에 대한 철거비용 등을 고려한다면 결코 원자력 발전은 경제적이라고 말할수없다. 원자력은 결코 ‘청정에너지＇가 아니다. 다른 재생가능 에너지에 비해서는 여전히 상대적으로 많은 양의 온실가스를 배출한다. 핵 확산의 위험이 있다. 따라서 모든 국가들이 핵무기 개발 능력을 보유할 수 있는 가능성을 가지고 있다.

원자력 사고사례

원자력 관련 사고 • 국제원자력사고등급(INES) 국제원자력기구(IAEA)는 1992년부터 원자력 사고의 정도를 일관성 있고 또 일반인들이 이해하기 쉽게 사건등급을 도입하여 평가하고 있다. 0~7등급으로 구분된다.

국제원자력사고등급 0등급 - 척도 미만(Deviation) 1등급 - 이례적인 사건(Anomaly) 경미한 이상, 사건이 발생 1등급 - 이례적인 사건(Anomaly) 운전제한 범위에서의 이탈, 큰 문제는 아니지만 세계 뉴스에 오른다 2등급 - 이상(Incident) 시설 내부에서 방사능 오염과 피폭이 있었지만 안전상 심각한 정도는 아니다. 3등급 - 중대한 이상(Serious Incident) 시설 내부에서 안전상 심각한 방사능 오염과 피폭이 발생했다. 4등급 - 시설 내부의 위험 사고(Accident With Local Consequences), 원자로 노심이 상당한 손상을 입었고 시설 종사자들이 심각한 피폭으로 사망. 소량의 방사능이 외부로 유출되어 주변 지역에 대한 경고가 시작된다. 5등급 - 시설 외부로의 위험 사고(Accident With Wider Consequences) 원자로 용기에 중대한 손상을 입은 경우. 방사능이 외부로 누출되어 시설 및 주변 지역에 대한 대피 권고가 발동된다. 6등급 - 심각한 사고(Serious Accident) 상당량의 방사성 물질 외부 유출. 사고지점과 인근 지역에서 신속하게 대피하지 않으면 매우 위험하다. 7등급 - 대형사고(Major Accident) 대량의 방사성 물질 외부 유출. 생태계에 심각한 영향 초래. 광범위한 지역에 방사능 물질을 누출시켜 엄청난 재앙을 몰고 온다.

대표적 원자력 사고 후쿠시마 원자력 발전소 사고 (2011년 3월 일본, 7등급) 원인 : 동일본 지방 태평양 해역 지진으로 인해 JMA진도 7, 규모 9.0 의 지진과 지진 해일로 도쿄전력이 운영하는 후쿠시마 제1 원자력 발전소의 원자로 1-4호기의 격납 건물 폭발. 당시 후쿠시마 원자력 발전소 사고 모습

피해 최소 789명 사망 현재도 계속적으로 원자로에서 방사능 물질이 공기 중으로 누출되고 있으며, 18년 3월에 측정한 후쿠시마 지역 이타테 마을의 방사능수치 현재도 계속적으로 원자로에서 방사능 물질이 공기 중으로 누출되고 있으며, 빗물과 원자로 밑을 흐르는 지하수에 의해 방사능에 오염된 방사능 오염수가 태평양 바다로 계속적으로 누출되고 있으며 누출된 방사능 물질로 인해 후쿠시마 제1 원자력 발전소 인근 지대뿐 아니라 일본 동북부 전체의 방사능 오염이 심각한 상황이다.

체르노빌 원자력 발전소 사고 (1986년 4월 구소련, 7등급) 원자력 사고로 폭발한 체르노빌 원자로 4호기 당시 체르노빌 원전을 청소하는 바이오 로봇들의 사진, 사진 밑부분이 강한 방사선으로 인해 필름이 망가져있다 현재까지 발생한 원자력 사고 중 최악의 사고이다. 원인 : 설계의 결함과 규정에 따르지 않은 안전점검으로 원자로의 통제가 불능해짐. 1 바이오 로봇 : 원전을 청소하기 위해 투입된 로봇과 로봇을 대신해 폭심지에 투입된 인원을 지칭하는 말

피해 • 56명이 사망하고, 20만 명 이상이 방사선에 피폭되어 25,000명 이상이 사망하였다. • 누출된 방사성 물질은 우크라이나, 벨라루스, 러시아 등으로 떨어져 심각한 방사능 오염을 초래했다. 낙진의 80%가 떨어진 벨라루스는 전 국토의 1/4이 출입금지 구역이 되었다. • 이 사고를 수습하기 위해 소련이 투입한 비용도 천문학적인 액수여서 결과적으로 소련이 붕괴되는 한 원인으로 작용하였다. • 앞으로도 위험한 방사성 원소가 충분히 감소하려면 800년 이상은 걸릴 것으로 예상된다. 프리랜서 필름 메이커 대니 쿡이 14년도의 체르노빌의 모습을 드론으로 찍어 올린 영상

국내 원자력 사고 그 외 해외 원자력사고 • 키시팀 사고 (1957년 구소련, 6등급) • 스리마일 섬 원자력 발전소 사고 (1979년 미국, 5등급) • 윈드스케일 원자로 사고 (1957년 영국, 5등급) • 고이아니아 방사능 물질 누출 사고 (1987년 브라질, 5등급) • 도카이 촌 방사능 누출사고 (1999년 일본, 4등급) 국내 원자력 사고 • 월성 원자력 발전소에서의 냉각재 액체방출밸브 고장에 의한 원자로 정지 및 보호밸브 개방에 따른 중수 누출 (1994년 10월 20일 2등급) • 신고리 1호기의 시운전중 원자로 냉각재의 원자로 건물 살수 (2010년 9월 17일 2등급) • 고리 1호기의 계획예방정비 중 소외전원상실 및 비상디젤발전기 기동실패에 의한 교류전원 완전상실 (2012년 2월 9일 2등급)