1 핵연료 기술개발 현황 및 수출 전략 한전원자력연료㈜ 사장 이 익 환 2009. 3. 10 제 159 차 원자력계 조찬강연회 (2009. 3.10)

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1 1 핵연료 기술개발 현황 및 수출 전략 한전원자력연료㈜ 사장 이 익 환 2009. 3. 10 제 159 차 원자력계 조찬강연회 (2009. 3.10)

2 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 3 에너지원으로서 원자력 발전

4 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 3942118105113 원자력 발전의 역할

5 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 9917825495714108 원전은 대안이 아닌 필수 에너지원 !!

6 6 국내 원자력 환경 변화

7 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 2006 2030 Power Generation Capacity (GW) 370GW 691GW

8 8 원자력발전에서 핵연료 역할

9 9 핵연료의 역할  원자력 발전소 이용률 및 발전 손실률 세계 1 위 수준 달성에 기여

10 10 핵연료의 역할 (2)  발전원 중 최소 연료비  에너지 안보의 핵심

11 11 핵연료의 역할 (3)  연료 별 전기생산량 구분 PLUS7ACE7CANDU 제원 (cm) 20.7x20.7x452.821.4x21.4x406.349.6xФ10.2 연료봉 / 집합체 23626437 소결체 / 집합체약 92,000 개약 98,000 개 1,147 개 UO 2 무게 소결체 1 5.2 g 16.7 g 집합체 1 487 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 12 국내 핵연료 개발 현황 및 전망

13 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 14 KNF 회사 개요 ( 계속 )  3 본부 16 처 ( 실 ), 717 명 조직 및 인력

15 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 16 KNF 핵연료 성능 국내 핵연료 손상율 1.0E-03 1.0E-04 1.0E-05 1.0E-06 Year Fuel Leak Rate 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 6.44E-06 1.29E-05 5.15E-05 1.38E-05 6.19E-05 1.69E-06 1.58E-06 3.16E-06 0 핵연료 무손상 원전수 100 80 60 40 20 0 Zero Leak Plants (%) 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007Year Korea Reference

17 17 KNF 의 Vision 2020

18 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 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 197519851995200520151980199020002010WH16x16 (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 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 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 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 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) 1983 9.5mm Inconel, MV No Filter 16ACE7 (2 nd Gen) 2008 9.14mm Zirlo, MV+3 IFMs Multiple Filter Burnup 38GWd/MTU 55GWD/MTU 17ACE7 17ACE7 TM 16ACE7 16ACE7 TM ACE7 TM

24 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 : 2005. 9. ~ 2011. 2.  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 : 2005. 9. ~ 2011. 2.  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 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 26 미래 핵연료주기기술 전망 연료

27 27 원천기술 ( 설계코드 ) 개발 현황

28 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 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 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 : 2006. 10. ~ 2012. 9.  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 : 2006. 10. ~ 2012. 9.  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 31 핵연료의 해외수출 전략

32 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 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 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 35 핵연료 해외수출 현황 핵연료 부품 계약 품목계약내용계약액 ( 체결일 ) 계약처공급기간 상, 하단고정체 3 년 공급 (400 개 / 년 ) $2,591,100 (2007. 4 월 ) 미국, WEC 2009. 7.~ 2011.6 지지격자체 등 3 개 재장전 (48sets/R) $1,687,070 (2006. 6 월 ) 브라질, INB2007 년 ~ 2010 년 지르칼로이 Tube 4 년 공급 (16,000 개 / 년 ) $2,552,960 (2004. 11 월 ) 미국, WEC2010 년 ~ 2013 년 지르칼로이 Scrap 등 1~2 ton$39,000 (2008. 12 월 ) 캐나다, MM&A 매년 계약 갱신 계 $6,870,130

36 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 (2008.12.30) 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 (2008.12.30) 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 37 경수로 핵연료 해외수출 추진 전략 08091011121314151617181920212223 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 38 현안사항

39 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 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 41 감사합니다감사합니다