세계원전시장
인사이트
World Nuclear Power Market Insight
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• South Carolina 법원, V.C. Summer 건설포기 집단소송 합의 예비승인
• Darlington 2호기 설비개선 작업 완료
• California州 외출자제령으로 San Onofre 원전 해체 작업량 감소
• Bruce 원전 중수 유출 사고 발생, 인명피해는 없어
• 체코 CEZ社, Dukovany 신규 원자로 2기 증설 승인신청서 제출
• 에스토니아와 터키, SMR 도입 위한 연구 추진
• 영국·독일·프랑스, 코로나바이러스감염증 대응 조치 실행
• 일본 규제위 전문 부회, 거대 분화 전조 현상 정의 곤란
• 도쿄전력, 오염수 정화한 물의 처리 절차 초안 발표
• 일본 가동 원전, 올해 안 반감될 예정
• 일본 후쿠시마 제1원전 높은 선량의 토양, 폐로의 걸림돌로 작용
• 일본 규제위, 미지의 활단층 대책 강화
• 일본 가시와자키시, 사용후핵연료 시세(市税)안 시의회 제출
• 중국, 2020년 1~2월 전력생산량 전년 동기대비 8.2% ↓
• 러시아-방글라데시, 원자력 협력 강화
북미 22
유럽 26
아시아 31
주요단신
04.03
2020
Biweekly 격주간
사용후핵연료 관리기술 개발현황과 전망
1. 들어가며
2. 사용후핵연료 저장·처분기술 개요 3. 기술개발 필요성 및 시급성
4. 국내외 사용후핵연료 관리기술 개발 현황 5. 시사점 및 기술개발 전망
6. 결론 및 제언
인사이트
World Nuclear Power Market Insight
본 「세계원전시장 인사이트」에 포함된 주요내용은 연구진 또는 집필자의 개인 견해로서 에너지경제연구원의 공식적인 의견이 아님을 밝혀 둡니다.
04.03
2020
Biweekly 격주간
조용성
박우영 parkw@keei.re.kr 052-714-2221 박찬국 green@keei.re.kr 052-714-2236 조주현 joohyun@keei.re.kr 052-714-2035 이대연 dylee@keei.re.kr 052-714-2215 김해지 kimhj@keei.re.kr 052-714-2090 한지혜 jhhan@keei.re.kr 052-714-2089 김우석 wskim@keei.re.kr 052-714-2074 김유정 yjkim@keei.re.kr 052-714-2294
효민디앤피 051-807-5100
※ 본 간행물은 한국수력원자력(주) 정책과제의 일환으로 발행되었습니다.
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1. 들어가며
■ 2021년 11월, 월성 중수로형 원자력발전소의 사용후핵연료 임시저장시설 포화가 예상되고, 경수로형 원전은 한빛('29년), 한울('30년), 고리('31년), 신월성('42년) 순으로 저장시설 포화가 예상됨.1)
저장시설 포화 및 원전해체에 따른 사용후핵연료 관리가 목전에 다가오고 있음을 감안 할 때, 발전소 내 임시저장 이후의 소외 중간저장 및 영구처분 관련 기술개발을 확대해 나갈 필요가 있음.
■ 전후 경제성장을 위한 동력원으로서 원자력 발전에 치중한 결과 선도국 대비 사용후핵연료 안전 관리 분야의 기술수준이 낮은 것으로 평가됨.
중저준위방사성폐기물 처분사업은 1986년에 부지선정에 착수한 후 19년 만에 부지를 결정하였고, 20년 만에 폐기물 처분이 가능하게 되었음.
사용후핵연료는 1978년 원전 운전이 시작된 이래 38년 만인 2016년 7월 국가관리 기본 계획이 최초로 공표되었으나, 국민과 원전지역 주민에 대한 의견수렴이 충분하지 않았다는 지적에 따라 현재 관리정책 전반에 대한 재검토 과정을 진행하고 있음.
■ 해외 선도국의 성공사례에서 얻을 수 있는 시사점을 도출해 본다면, 사용후핵연료 관리 문제에 관한 한 국민의 신뢰를 얻기 위해서는 의견수렴 과정의 객관성과 공정성, 투명성이 담보되어야 함.2)
첫째, 정책의 투명성과 신뢰성 구축은 국민적 수용성 확보와 사회적 합의 형성을 위한 공론과정에서부터 출발할 수 있으며, 현재 진행되고 있는 사용후핵연료 관리정책 재 검토위원회에서 객관적이고 공개적인 의견수렴을 통하여 관리정책, 관리시나리오와
1) 한국방사성폐기물학회, 고준위방폐물 관리 기초자료 확보, 한국원자력환경공단, 2019. 2.
2) 김경수, 사용후핵연료 안전관리 준비는 원자력 신뢰도 증진의 열쇠, 원자력산업, 한국원자력산업회의. 2020. 2.
김경수 한국방사성폐기물학회 회장(kskim@kaeri.re.kr)
사용후핵연료 관리기술 개발현황과 전망
절차, 큰 틀의 사업 일정 등에 관한 검토의견이 도출될 것이며, 궁극적으로는 기본계획이 성공적으로 재정립될 것으로 기대함.
둘째는, 관리정책과 사업 일정에 맞추어 국가차원에서 필요한 기술을 사전에 식별하여 미리미리 준비하는 것※이 정책의 신뢰성을 더욱 공고히 뒷받침하는 것임.
※ 이를 위한 사업으로 과학기술정보통신부, 산업통상자원부, 원자력안전위원회가 모여 다부처사업 형태로 사용후핵연료 저장·처분 안전성 확보를 위한 핵심기술개발 예타 사업이 추진 중이며, ’20년 상반기 중 예타결과가 나올 예정임. 동 사업이 진행될 시 저장 안전성 실증, 처분 안전성 실증기반 구축, 처분 규제기술 등의 성과가 기대됨.
■ 사용후핵연료 관리 현안에 대한 이와 같은 배경에서 본고에서는 사용후핵연료의 저장과 심층 처분에 필요한 관리기술을 정의하고 국내외 기술개발 현황과 우리나라 여건에서 앞으로의 전망을 살펴보고자 함.
2. 사용후핵연료 저장·처분기술 개요
■ (사용후핵연료의 종류와 특성) 우리나라에는 가압 경수로형과 중수로형 원자로가 가동 중에 있으며 핵연료는 원자로 내 핵분열과정으로 인해 열과 방사선을 발생시킴.
사용후핵연료의 붕괴열은 이를 건식저장하거나, 심층처분할 때 저장밀도에 영향을 미치는 가장 중요한 요소이며, 방출되는 붕괴열의 양은 시간이 경과함에 따라 감소됨.
붕괴열은 약 100년 이내에서는 반감기가 짧은 핵분열생성물(세슘, 스트론튬 등)에 의하여 지배되며 열량도 급격히 감소하나, 그 이후는 마이너액티나이드(넵투늄, 아메 리슘, 퀴륨 등)에 의하여 주로 지배되며 붕괴열도 서서히 감소함.
■ (사용후핵연료의 관리 프로세스) 일반적으로 원자로에서 인출된 사용후핵연료는 발전소 내에서 임시저장한 다음 발전소 외부의 별도의 관리부지가 마련되면 안전하게 운반하여 중간저장한 후 영구적으로 심층처분하게 됨.
■ (사용후핵연료 관리기술) 기본적으로 발전소 내 또는 발전소 외 별도의 관리시설 부지에서의 저장기술과 심층처분기술이 마련되어야 함.
(저장기술) 임시저장은 원자력발전사업자가 원자로의 관계시설인 사용후핵연료 저장 시설(저장수조, 건식저장시설)에서 저장·관리하는 것을 말하며, 중간저장(interim storage)은 폐기물관리사업자가 영구처분에 대비하여 사용후핵연료를 발생자로부터 인수받아 별도의 저장시설에서 중장기적으로 저장·관리하는 것을 의미함.
- (중간저장의 정의) 원자로의 연료로서 사용된 핵연료물질이나 기타의 방법으로 핵분열시킨 핵연료물질을 발생자로부터 인수하여 처리 또는 영구처분하기 전까지 일정기간 안전하게 저장하는 것(원자력안전법 시행령 제2조)
- 원전을 보유한 대부분의 국가들이 원전 부지 내 또는 원전 부지 외에 중간저장시설을 운영 하고 있음. 독일, 일본, 미국 등이 원전 부지 내에 건식저장방식으로, 프랑스, 스웨덴 등은 원전 부지 외부에 습식저장방식으로 중간저장시설을 운영 중
- 건식저장방식은 사용후핵연료를 공기로 냉각하고 콘크리트나 금속용기 안에 저장하여 방사선을 차폐하는 방식이며, 습식저장방식은 물을 이용해 사용후핵연료를 냉각시키고 방사선을 차폐하는 방식임.
- (해외 사례) 사용후핵연료 중간저장시설 운영기간은 국가별로 상황에 따라 상이하나, 일반적으로 약 40~60년 운영 중임.
국 가 시설명 운영기간 국 가 시설명 운영기간
일본 무츠 중간저장시설 50년 스웨덴 CLAB 중간저장시설 60년
스페인 ATC 중간저장시설 60년 독일 Ahaus 중간저장시설 40년
미국 소내외 독립저장시설 40년 캐나다 소내건식저장시설 50년
(심층처분기술) 사용후핵연료의 안전하고 영구적인 처분을 위해 1950년대부터 다양한 방식이 연구되었으나, 대부분의 국가들이 지하 안정한 지층의 300~1,000m 심도에 처분 하는 방식을 선호하고 있으며, 핀란드는 처분장 건설 단계, 스웨덴은 건설 인허가 심사 단계임.
- (심층처분의 정의) 방사성폐기물을 사람의 접근과 방사성핵종의 생태계 유입이 제한될 수 있도록 지하 깊은 곳의 안정한 지층구조에 처분하여 인간 생활권으로부터 영구히 격리 시키는 것(원자력안전위원회 고시, 고준위방사성폐기물 심층처분시설에 관한 일반기준 제2조)
- 처분방식으로는 해양처분, 빙하처분, 우주처분, 심층처분 등이 고려되지만, 원자력 국제 기구와 각국 규제기관은 안전성과 경제성이 유일하게 입증된 심층처분(Deep geological disposal) 방식을 권고함.3)
3) (IAEA) Disposal of radioactive waste SSR-5, 2011
(OECD/NEA RWMC) Geological Disposal of Radioactive Waste – Review of Developments in the last decade, 2000
<심층처분 개념>
자료 : https://www.skb.com/future-projects/the-spent-fuel-repository/our-methodology/
- (해외사례) 대부분의 원자력 선도국(미국, 독일, 일본, 핀란드 등)은 '70년대부터 자국 지질환경에 적합한 심층처분시스템 개발 및 지하연구시설(URL※)을 이용한 안전성 실증 연구 추진 중임.
※ URL(Underground Research Laboratory) : 실제 처분조건과 유사한 지하환경에서 처분시스템 성능이 안전하게 구현되는지 실증하는 연구시설
[참고] 핀란드 심층처분시설 구축사례
(절차) '83년 부지선정 착수 → '01년 부지선정 → '15년 건설허가 취득 → '20년 운영허가 신청 예정
→ '20년대 운영개시 예정
- 규제당국의 허가('15년 11월) 하에 '16년 11월 심층처분 방식의 처분시설 건설 시작 국가 관리정책 부지선정 현황 관리 주체 운영 중 원자로 원자력발전 점유율
영구처분(심층) 확정(Olkiluoto) Posiva 4기 33.7%
(URL) 최종 선정된 부지에서 처분시설 건설 인허가 실증자료 확보를 위해 2004년부터 인허가용으로 URL 건설 후 운영 중(ONKALO)
진입터널 수직구 실증터널 총 체적
총길이 : 4,987m 심 도 : 455m
인원수송통로 : 4.5m 환기통로 : 3.5m
제1터널 : 100m
제2터널 : 50m 365,000㎥
(심층처분시설) 스웨덴 SKB의 KBS-3 처분개념을 바탕으로 설계, URL을 확장하여 건설 예정
처분개념 처분깊이 처분용기수 처분터널 수 / 길이
SKB KBS-3 400∼450m 약 2,800개 191 / 42km
3. 기술개발 필요성 및 시급성
■ 원자로에서 인출된 사용후핵연료는 지속적으로 발생하고 있으며, ’19년 6월 기준 기준 총 476,729 다발(약 16,900톤)이 발생하였으며, ’82년까지 총 711,000 다발(누적 약 39,800톤)이 발생할 것으로 예상되고 있음.
소내 임시저장시설의 포화로 인하여 원전의 안전 가동에 문제가 발생하지 않도록 해야 하고, 또한 향후 원자력시설 해체를 위해서도 별도의 관리시설이 원만히 마련될 수 있도록 저장과 처분에 필요한 이행기술 확보가 필요한 상황임.
■ 현재까지 저장·처분 관련 기술은 연구실 수준이어서 단계적으로 중간저장, 영구적인 심층처분 시설 확보에 필요한 이행기술을 확보해야 함.
특히, 처분기술은 중저준방사성폐기물과 달리 개념연구단계부터 부지선정, 시스템 설계, URL 실증, 건설 등의 장기간의 기술과정에 걸쳐 종합안전성을 구축(Safety Case)하도록 규제되고 있음.4)
■ 해외 선도국의 사용후핵연료 R&D사례, 우리나라의 사용후핵연료 관리 현황 등을 비춰볼 때, 관련 기술을 시급히 확보해야 할 상황임.
선도국의 경우 기초연구부터 개념개발 및 URL 이용 기술실증, 부지선정, 처분장 건설 단계까지 최소 30년 이상 소요되었음.
국가 1950~1979 1980~1989 1990~1999 2000~2009 2010~2019 2020~
스웨덴 기초 연구
URL 1차 착수
전국규모 지질조사
부지선정 착수 URL 2차 착수
처분시스템 승인
건설허가 심의 중
처분장 운영 (2030년경)
핀란드 기초 연구 부지선정
착수
상세 지질 조사
부지선정 URL 착수
건설 인허가 승인
처분장 운영 (2023)
프랑스 기초 연구
부지선정 착수 및 연기 (정치 쟁점화)
방폐물 관리법제정
URL 착수
국가계획 수립 상세실험
연구
공론화 건설허가 신청준비
처분장 운영 (2025)
스위스 URL 1차 착수 화강암부지 조사
퇴적암부지 조사 URL 2차 착수
부지선정 착수
부지선정 건설허가 신청준비
처분장 운영 (2020~2030)
미 국 처분개념개발 URL 1차 착수
방폐물관리 정책법제정 후보부지 선정
유카산 URL 착수
건설허가 신청
건설허가 연기 (BRC를 통한
정책연구)
처분장 운영 (2048)
일 본 처분 R&D 시작
처분타당성
보고서발간 URL 1차 착수 부지공모 착수 URL 2차 착수
부지조사 준비
처분부지 선정 (2030~2040) 자료 : 방사성폐기물 안전관리 통합정보시스템(WACID)5)
4) 원자력안전위원회, 고준위방사성폐기물 심층처분시설에 관한 일반기준, 원자력안전위원회 고시 제2015-021호, 2016. 1.
우리나라는 후발국으로서 선도국에서 장기간에 걸쳐 단계별로 수행한 준비과정과 절차를 우회하거나 건너뛸 수 없으며, 더군다나 중저준위방사성폐기물과 달리 지하연구 시설에서 처분기술의 성능과 안전성 실증에도 장기간이 소요됨을 감안할 때 필요 기술 들을 적기에 확보할 수 있도록 R&D과제를 기획하고 추진할 필요가 있음.
4. 국내외 사용후핵연료 관리기술 개발 현황
❚ 저장기술
■ (해외 기술개발 동향) 미국, 일본, 독일 등은 운반·저장 겸용 용기를 개발하여 건식저장에 활용하고, IAEA의 체계를 적용하여 저장 안전사례 및 안전성평가 기술을 개발하고 있으며, 특히 건식저장 방식에서의 열화현상에 대한 시험 및 자료생산에 중점을 두고 연구를 진행 중임.
운반·저장 겸용 용기 및 저장시설과 호환이 되도록 하는 다목적 캐니스터 용기 개발에 집중하고 있음.6)
- 사용후핵연료 건식저장을 위해 독일이나 일본의 경우 옥내에 금속 겸용용기를 사용하고 미국은 주로 옥외에 콘크리트 저장용기를 많이 사용함. 금속 겸용 용기는 실시간 압력변화를 측정, 콘크리트 저장용기는 압력과 온도를 실시간으로 연속 측정하여 격납을 관리함.7) 또한 미국, 일본은 건식저장 시설에 대한 안전성 입증을 위해 항공기 충돌, 쓰나미 등 설계기준 외 사고 안전성 평가연구를 진행하고 있음.
- (미국) 저장용기 지진응답 예측을 위한 다양한 수치해석 기법 개발과 콘크리트 저장용기 전산해석 모델 개발 및 실험을 수행하고 있음.
- (일본) 원형규모의 시험 시설에서 콘크리트 용기에 대한 전도 여부 확인 시험을 수행하고, 지진시험을 위한 시험설비를 구축함.
사용후핵연료 집합체의 안전성 평가를 위한 비파괴분석 기술 관련 연구가 세계 각국에서 활발하게 진행 중임.
- (미국) 에너지부(DOE)에서는 사용후핵연료 특성에 대한 통합 데이터베이스를 기반으로 시간에 따른 사용후핵연료의 물질조성, 방사선적 특성, 임계도 등 주요 정보 계산 통합 프로그램을 개발함. 특히, 차세대 안전조치 구상을 통해 사용후핵연료 집합체 내부의 핵 물질 함량측정 비파괴분석 기술을 개발함.
5) http://wacid.kins.re.kr/ : 한국원자력안전기술원, 방사성폐기물 안전관리 통합정보시스템 6) ‘중장기 방사성폐기물관리 기술개발 전략 수립’, 한국원자력환경공단, 2017
7) ‘경수로 사용후핵연료 건식저장시스템의 격납감시 기술현황 분석’, 방사성폐기물학회지, 2016
- (핀란드) 최종처분장에 대한 사용후핵연료 핵물질 검증을 목적으로 캐니스터 장전 전 비 파괴 검사를 통한 핵물질 부분 결손에 대한 검증계획을 수립하고 기술개발을 병행하여 진행 중임.
IAEA와 건식저장시스템 운영 회원국에서는 건식저장의 안전성을 확보하기 위해 사용 후핵연료 경년열화 관리방안을 제시하거나 계획을 마련하고 있음.
- IAEA는 2006년 사용후핵연료 저장시설의 구성 재료에 관한 경년열화의 이해와 관리에 관한 기술보고서를 발간함.8)
<미국 사용후핵연료 독립저장시설(ISFSI) 운영현황(2019년 3월 기준)>
자료 : 미국 원자력규제위원회(NRC)
- 미국은 소내 건식저장시설 운영에 따른 경년열화 관리계획을 수립함. Calvert Cliffs 및 Prairie Island 원자력발전소가 운영하는 사용후핵연료 독립저장시설(ISFSI : Independent Spent Fuel Storage Installation)의 초기 허가기간 만료에 따라 갱신허가를 신청하여 승인됨.
운반·저장 관련 법적 설계기준을 초과하는 설계 해석 시험평가와 중대 사고에 대한 시험평가 연구가 진행 중임.
- 미국 전력연구소(EPRI : Electric Power Research Institute)는 잠재적 운반사고 중에 손상받기 쉬운 고연소도 연료의 사용을 고려하여 임계사고의 통계적 위험도 분석 기법을 개발함.
- 독일은 군용 항공기 엔진을 모사한 미사일을 사용하여 사용후핵연료 운반용기 실물 크기 모델 충돌시험을 수행함.
8) IAEA, “Understanding and managing ageing of material in spent fuel storage facilities”, Tech. Report Series No.443 (2006)
- 체코와 일본에서는 상용소프트웨어(ABAQUS, LS-DYNA)를 이용하여 중간저장시설의 항공기 충돌 안정성 평가 등을 수행함.
세계적으로 사용후핵연료 건식저장이 장기화되면서 국가별로 건식저장시스템의 장기 건전성 유지 여부를 확인하기 위한 실증시험을 진행 중임.
- IAEA는 사용후핵연료 건식저장 실증시험에 대한 공동연구를 수행하여 사용후핵연료 건식 저장시스템 안전성에 대한 수용성을 제고9)
- 미국은 사용후핵연료 건식저장을 실시한 이후 건식저장 특성평가 프로젝트(DCSCP :Dry Cask Storage Characterization Project)를 통하여 저연소도 연료의 장기저장 건전성을 입증하였으며, 현재는 고연소도 연료의 장기저장을 위한 실증 데이터를 확보하기 위한 프로젝트를 진행 중임.10)
- 일본은 비등경수로형 사용후핵연료 건식저장만 운영 중이며, 가압경수로에 대해서는 건식 저장 경험이 없으므로 안전성을 국민들에게 보여주기 위해, 가압경수로형 사용후핵연료 집합체 2개를 10년의 차이를 두고 특수한 저장시스템에 저장하며 건전성을 확인하는 시험을 진행 중임.
■ (국내 기술개발 동향) 중수로 사용후핵연료의 건식저장 상용기술은 이미 확보되어 있고, 경수로형 사용후핵연료의 건식저장 설계기술 자립화 및 상용화 기술력 확보에 노력을 경주하고 있음.
1990년 초반부터 중수로형 사용후핵연료 건식저장시설을 성공적으로 운영 중임.
- 1992년 월성발전소 내 국내 유일의 건식저장시설을 건설하고, 1998년, 2002년, 2005년, 2011년 등 총 5차례에 걸쳐 사일로 300기와 맥스터 7기, 총 저장용량 33만 다발(6,237톤)로 규모를 운영 중이며, 현재 용량 확장 추진 중임.
경수로형 건식저장시설은 20년대 초까지 설계승인 획득을 목표로 진행 중이며, 경수로형 건식저장 관련 기술과 운반·저장 겸용 중성자 흡수 소재를 개발 중임.
- 일부 저장용 붕소(boron)화합물 소재 제조기술을 개발하고 있으며, 현재 운반·저장 겸용 중성자 흡수 소재를 개발('14~'19)
※ 사용후핵연료 운반·저장 관련 첨단 중성자 흡수재(Gd, Er, Sm 등) 함유 고강도, 고내식성, 고내열성 신합금 설계와 물성 연구를 통한 첨단 중성자 흡수재 함유 바스켓 구조 설계 및 제조 공정 개발과 품질관리, 소재 인증 기술 개발
정부출연연구원 및 공공기관 주도로 사용후핵연료의 원전 내 운반·저장기술 관련 기술 개발 다수 추진함.
9) Demonstrating Performance of Spent Fuel and Related Storage System Components during Very Long Term Storage, IAEA, 2019 10) ‘미국의 사용후핵연료 건식저장 실증연구의 과거와 현재’, 방사성폐기물학회지, 2017.
- 수송·저장시스템 최적화 기술개발(한국원자력환경공단, '11~'14), 수송/저장 종합 안전 성입증 기술개발(한국원자력연구원, '14~'16), 사용후핵연료 장기건전성 평가 기술개발 (한국원자력연구원, '11~'14) 등
사용후핵연료 저장 안전성의 기반이 되는 온도예측 기술개발을 위한 해석기술 및 시험 DB 구축에 필요한 선행 기술이 개발 중임.
- 열부하 특성평가 신뢰성 향상 기술개발을 통해 핵연료집합체 단순화 모델링에 필요한 유 효열전도도 검증을 위한 기초 데이터를 확보
한국원자력연구원에서 산업통상 자원부 원자력핵심기술개발사업을 통해 ‘사용후핵연료 저장조의 지진 안전성 평가기술개발’ 사업을 추진 중임('17~'20).
- 사용후핵연료 저장시스템의 지진 관련 안전성 평가를 위해 축소한 저장용기 모델을 이용한 내진 및 내충격 해석 고도화 기술과 지진 하중에 대한 저장용기 전도여부 평가방법을 개발 중이며 이를 통해 사용후핵연료 저장조 축소 모델
개발 및 지진 시험모사 시험기술 확보 가능
그 밖에 사용후핵연료 운반·저장 시스템에 대한 설계 외 중대사고(차량, 선박, 비행기 충돌, 화재, 강진 등)에 대한 다양한 연구 추진 중임.
- 한국원자력연구원은 사용후핵연료를 안전하게 운반·저장하기 위해 중대사고 조건에서 운반·저장용기의 건전성을 입증하기 위한 평가 도구를 개발하였으며, 한동대학교 산학 협력단은 원자력안전위원회 원자력안전연구개발 사업을 통해 ‘사용후핵연료 중대사고 관리전략 평가기술 개발’ 사업을 수행하였음.
국내의 중간저장시설 방식은 아직 확정되지 않은 상황이어서 방사선사고 영향 평가기술 개발 등을 선별적으로 추진 중임.
- 원전 설계 시 요구되는 차폐해석 및 방사선량 평가 업무 등 방사선 사고 영향 평가 기술 개발을 진행 중임.
<금속 겸용 용기 1/3 축소 모델에 대한 내진시험>
자료 : 한국원자력연구원
❚ 처분기술
■ (해외 기술개발 동향) 핀란드, 스웨덴, 미국 등은 IAEA 기준을 적용한 부지 선정 및 지하연구 시설을 활용한 심층처분 실증시험에 적극적인 상황임.
(부지평가) 부지선정을 위해 IAEA에서 제안한 개념 설정 단계, 후보 부지 도출 단계, 후보 부지에 대한 부지 특성화 단계, 부지 확정 단계의 단계별 부지선정 방법을 준용하고 있음.
- 예비 부지특성조사 단계에서는 다수의 후보부지에서의 조사 자료를 바탕으로 어떤 지역을 처분심도 이상의 깊이까지 상세하게 조사할 것인지를 결정하고, 이를 통해 2개 이상의 지역이 상세 부지특성조사지역으로 선정되면 보다 보완된 조사를 거쳐 하나의 지역을 처분장으로 최종 선정하는 과정을 밟고 있음.
- 국가별 전담기관에서는 부지선정, 건설허가 확보를 위한 부지조사, 정량평가, 3D 모델 개발 등을 추진 중이며 부지 내에서 발생하는 다양한 화학적 현상 및 핵종이동 현상을 규명·예측하기 위한 모델 개발 및 입력변수 불확실성 저감을 위한 기술개발을 추진 중임.
- 부지선정 단계에서 각국의 지질환경에 따라 다양한 지질항목 및 요소(연성지질구조, 취성지질 구조, 활성/활동성단층, 화산, 지진활동 등)를 고려한 기술기준을 확정하여 적용하고 있음.
참 고 핀란드와 일본의 부지선정 관련 연구 추진현황
(핀란드) 1983년부터 처분부지 선정을 위한 절차를 수행 하였으며, 부지조사 초기단계에서 구조지질학적 특성을 기반 으로 부적합지역을 제외하고 광역부지조사와 상세부지조사를 통해 핀란드의 지질학적 조건과 환경에 적합한 후보 부지를 선정함. 수리지질, 수리지화학, 암반역학 등 지질항목 특성과 사회·환경요소를 고려한 단계별 부지조사를 통해 2001년 올킬루오토 지역을 처분시설 부지로 확정함.11)
(일본) 자원에너지청은 2017년 전국 규모의 지질학적 특성이 포함된 ｢과학적 특성맵｣을 발표하였으며, 이를 토대로 처분장 유치 신청 독려를 진행할 예정임.12) 일본은 2002년부터 지자체 신청을 통한 공모방식으로 부지선정을 진행하였으나, 주민반대 등의 이유로 실패하여 2015년 기본방침을 개정함.
자료 : 일본 자원에너지청, 2017
<일본의 과학적 특성맵>
11) 고준위방사성폐기물 처분후보부지 조사에 고려할 구조지질학적 요소 : 해외사례에 대한 고찰, 지질학회지, 2017 12) 諸外国における高レベル放射性廃棄物の処分について, 일본 경제산업성 자원에너지청, 2019
(종합안전성 평가) 국가별 부지 확보 또는 사용후핵연료 처분사업에 맞춰 다양한 Safety Case※를 개발 중이며, 자연유사연구를 통해 처분 안전성평가 연구를 추진 중임.
※ 주어진 환경/조건에서 충분히 안전하다는 것에 대해 설득력 있고 유효한 논거를 제공하는 총체적 결과물 (자료집 등 포함) 또는 체계
- 고준위방사성폐기물 처분사업을 진행 중이거나 처분 부지를 확보한 국가에서는 부지의 고유한 특성을 반영한 Safety Case를 개발하여 활용하고 있거나 개발 중임.13) 부지를 선정하지 못한 국가에서는 특정 지역이나 일반적인 지질 매체의 특성을 이용해 가상의 처분 부지를 설정하고 그에 대한 Generic Safety Case를 개발 중임.
- (영국) 심층처분사업 실시주체인 방사성폐기물관리회사(RWM)는 2016년 심층처분에 대한 연구개발 개요를 명시한 “Geological Disposal Science and Technology Programme”을 발표하였으며, 부지선정 이전 Generic 수준의 연구주제별(처분시스템 사양, 처분시스템 설계, 안전성 평가 등) 목표 및 주요 연구성과물을 제시함.
- (핀란드) Safety Case 보고서 작성을 위한 포트폴리오를 개발하여 활용하였으며, 포트 폴리오에 의한 보고서들은 처분시설 설계, 성능평가와 안전성평가 및 분석을 통하여 처분 시설의 장기 안전성과 관련된 법적요건과 규제요건 만족 여부를 확인하는 데 활용함.14) Safety Case 개발을 통해서 기술개발에 따른 불확실성을 고려하더라도 안전요건의 부합 성에 관한 결론이 유지될 수 있음을 확인함.
- (스웨덴) SKB는 부지선정 단계에서 처분장의 장기 안전성 평가 결과를 종합하여 ｢안전 보고서(SR)｣로 관리하고 있으며, 이는 규제기관의 검토를 받아 지속적으로 갱신하고 있음.
SKB는 부지선정 프로세스에서 지자체 및 관계기관의 의사결정에 필요한 정보를 제공하고 있음.
- (일본) 후쿠시마 원전사고 이후 사용후핵연료 직접처분을 위한 Safety Case 보고서를 작성하였으며, 기술적 적합성, 다양한 지질환경, 공학기술, 안전성평가 등에 대한 문제 점을 기술적 현안으로 도출함.
- (미국) 처분시설의 건설과 운영의 인허가를 위한 종합 성능 평가(TSPA : Total System Performance Assessment)를 수행하고 있으며, 향후 Safety Case 보고서의 중요 요소로 활용 예정임.
- (자연유사연구) 전 세계 우라늄 광 지역을 중심으로 다양한 자연유사연구를 통해 처분 안전성 확보 및 Safety Case 개발 차원에서 자국 상황에 필요한 연구를 수행 중임.
(실증 기반 구축) 영구적인 심층처분사업을 추진 중인 국가들은 자국 지질환경에 적합한 처분시스템을 개발하여 URL에서 장기 성능실증 연구를 수행 중임.
13) 고준위폐기물 장기관리 시스템 개발, 한국원자력연구원, 2016.
14) 고준위방사성 폐기물 처분 Safety Case 개발을 통한 처분안전성 신뢰도 향상, 방사성폐기물관리학회지, 2014.
- (처분시스템 실증) 현재 사용후핵연료 처분시설을 운영하는 국가는 없으나, 처분부지 에서의 적합성 평가를 위한 시설을 건설하거나 사용후핵연료 처분시스템 및 뒤채움/
플러깅 등 폐쇄시스템을 실규모로 제작하여 실증시험을 수행 중임.
스웨덴은 Äspö URL에서 원형 처분시스템(Prototype Repository)15), 핀란드는 ONKALO 시설16)에서 실규모 건설 및 운영을 위한 다양한 실증시험을 수행 중이고, 독일은 암염에서의 처분장 운영시스템을 지상에서 실규모로 실증시험을 수행한 바 있음.
1965년 이후 전 세계적으로 30여 개의 URL이 운영 중이며, 이를 통해 처분시스템 건설 및 운영을 위한 실증연구가 진행 중임.
<주요국 지하연구시설(URL) 현황>
국가 암종 심도(m) 운영기간 확보 방식
캐나다 화강암 240 ~ 420 1984 ~ 2010 신규 건설
독일 암염 490 ~ 800 1965 ~ 1997 암염광산
암염 900 1986 ~ 현재 신규 건설
일본
퇴적암 130 1986 ~ 2006 우라늄광산
화강암 300 ~ 700 1988 ~ 1998 철광산
화강암 1,000 2004 ~ 현재 신규 건설
점토암 500 2005 ~ 현재 신규 건설
프랑스
암염 - 1986 ~ 1992 칼륨광산
화강암 - 1980 ~ 1990 우라늄광산
점토암 500 2007 ~ 현재 신규 건설
스웨덴 화강암 360 ~ 410 1976 ~ 1992 철광산
화강암 200 ~ 450 1995 ~ 현재 신규 건설
스위스 화강암 450 1984 ~ 현재 기존 건설
퇴적암 250 ~ 320 1995 ~ 현재 기존 건설
핀란드 화강암 455 2014 ~ 현재 신규 건설
미국
응회암 300 1976 ~ 1990 기존 터널
화강암 420 1978 ~ 1990 기존 터널
응회암 100 1998 ~ 현재 기존 터널
벨기에 퇴적암 230 1984 ~ 현재 신규 건설
자료 : 고준위방사성폐기물 관리 현황, 2019
- (공학적방벽 복합거동 평가) 공학적방벽과 벤토나이트 등에 대해 열-수리-역학-화학 (THMC; Thermo-Hydraulic-Mechanical-Chemical) 복합거동 특성을 평가하고 분석 및 예측시스템을 개발 중임.
15) http://www.skb.com/wp-content/uploads/2015/06/aspo_intro.jpg 16) http://www.POSIVA.fi/files/1587/447/onkalo13_web.jpg
스위스는 공학 규모의 실증시험 수행 및 THMC 복합거동 특성 평가 후, 다양한 지질환경에 서의 현장시험 결과를 실규모 현장시험 설계와 운영에 반영함.
스웨덴은 처분시스템 내 복합거동 규명을 위해 암반 내 손상발생 특성 분석과 손상모델을 바탕으로 한 해석모델 개발을 진행하고, APSE(Äspö Pillar Stability Experiment) 현장실험 을 대상으로 개발된 해석기법을 적용하여 처분공의 안전성을 평가함.
일본은 퇴적암 기반의 지하연구시설에서 수직공 처분방식을 실규모로 건설하고, THMC 복합거동 연구를 진행 중임.
- (천연방벽 성능 진화 평가) 처분시스템 내 천연방벽의 장기 성능 진화를 평가하기 위해 지질환경 장기 변화 및 성능 진화 모델 등을 개발 중임.
스웨덴은 처분환경의 장기 변화에 따른 처분용기 주변 뒤채움재의 침식 가능성, 처분용기 부식모델의 불확실성, 단열암반 내 지하수 및 용질 이동 특성, 처분장 건설 시 사용된 콘크리트의 장기 열화 영향, Forsmark 지역의 부지특성모델 등을 연구 중임.
Östhammar 지역의 Forsmark 처분부지에 대한 Safety Case(SR-Site)에서 과거 기후변화 양상을 제4기 퇴적물, 지형 및 해수면 고도의 변동, 해안선의 변화 등의 현장조사 자료 등을 통해 분석하여 미래의 기후변화를 예측함으로써 안전성 평가 시나리오 개발에 활용함.
- (심부 환원환경 핵종거동 분석) 심층처분에 대한 안전성을 확보하기 위하여 처분환경 조건에서 실험실 규모 또는 지하연구시설에서 핵종의 거동에 관한 다양한 연구를 수행 중임.
스웨덴은 심도 500m의 Äspö HRL에서 핵종의 이동 및 지연에 대한 다양한 현장실험을 수행 중이며, 스위스는 고온조건에서 핵종의 열역학적 특성평가, 압축벤토나이트에서 핵종의 확산계수 측정18), 핵종 거동에 미치는 시멘트와 완충재의 상호반응19) 등의 연구를 수행 중임. OECD/NEA 열역학 DB사업을 통해 많은 나라의 다양한 연구기관들이 품질보증절차를 거친 1,500여 가지의 용존 및 고체 화학종의 화학 반응 정보들을 실험을 통해 계측하여 신뢰도 높은 열역학 DB를 구축 중임.
17) Hengxing Lan, C. D. Martin, J. C. Andersson, Evolution of In Situ Rock Mass Damage Induced by Mechanical–Thermal Loading, Rock Mechanics and Rock Engineering 46(1), 2012.
18) Bestel M et al., Combined tracer trough-diffusion of HTO and 22Na through Na-montmorillonite with different bulk dry densities, Applied Geochemistry, 93, 158-166, 2018.
19) Shafizadeh A et al., Quantification of water conetent across a cement-clay interface using high resolution neutron radiography, Physics Procedia, 69, 516-523, 2015.
<스웨덴의 APSE 현장실험>
자료 : Hengxing Lan et al., 201217)
■ (국내 기술개발 동향) 1997년부터 사용후핵연료 처분 기술개발을 추진하여 직접처분시스템, 재순환 공정폐기물 처분시스템 개발을 위한 기초연구를 진행 중임.
(부지평가) 우리나라의 고유 지질환경 처분 적합성 평가를 위한 신뢰성 있는 기술 확보를 위해 지하처분연구시설(KURT: KAERI Underground Research Institute) 기반 지질 환경 특성 평가, 한반도 지질환경 특성 평가 기술을 개발함.
- (지질환경 조사․해석기술 개발) 심도별 지하수의 원위치 계측기술을 개발하고, 저투수성 암반에서의 수리시험 기술 및 장치 개발, 고압조건에서의 지화학인자의 계측기술을 개발함.
- (지질환경 평가) 한국원자력환경공단 주관으로 ’10년부터 ‘심층처분 한반도 지질환경 평가 기술 개발’(’10.6 ~ ’15.7), 한국지질자원연구원에서는 ‘사용후핵연료 처분 연구 관련 지질 조사 방법론 연구’(’15.12~’16.8)를 수행함.
- (KURT 시설 부지 수리·지화학 특성 평가 및 모니터링) 고준위방사성폐기물 처분시스템 개발 및 안전성 평가 입력자료 제공을 위해 KURT 시설을 기반으로 심부의 수리지질학적, 지구과학적 자료를 조사·평가하여 체계적인 데이터베이스를 구축함.
(종합안전성 평가) 한국원자력연구원에서는 KURT 시설을 기반으로 파이로폐기물에 대한 Safety Case 개발 및 실험실 규모의 처분 안전성 규명 연구를 수행함.
- (종합안전성 입증) 파이로공정폐기물 처분시스템의 안전성평가를 위한 시나리오 개발 및 안전성평가 방법론을 정립하였으며, KURT 시설을 기반으로 한 Safety Case 개발 보고 서를 작성함.20)
<지하처분연구시설(KURT) 기반 Safety Case 보고서 구성 흐름>
자료 : 한국원자력연구원
20) 고준위폐기물 장기관리 시스템 개발, 한국원자력연구원, 2016
- (처분시스템 안전성평가 모델) 한국원자력연구원에서는 안전성평가를 위해 GoldSim 기반의 안전성평가 모델을 개발하고 개선 중임. 초기 안전성평가 모델인 GSTSPA를 위험도 기반의 확률론적 안전성평가 방법론을 가미한 K-PAM으로 '12년에 개선하였고, 처분시스템의 주요 성능들을 현상학적으로 모사하는 단위 프로세스 모듈들을 연계한 프로 세스 수준의 종합성능평가체계를 개발 중임.
- (자연유사 평가) OECE/NEA가 주관한 호주 우라늄광 국제공동연구에 부분 참여하여 암석 내 우라늄 분포특성과 광물과의 상호작용에 관한 연구를 수행하였음.
(실증 기반 구축) 공학적방벽의 THM 복합거동 해석을 위한 해석기법을 개발하고 이를 실증하기 위한 현장시험을 수행하고 있으며, 천연방벽의 현재 성능을 조사하는 기법을 개발 중임.
- (공학적방벽 복합거동 평가) 암반에서의 THM 복합거동을 해석할 수 있는 TOUGH-FLAC 해석기법을 일부 수정하여 TOUGH2-MP/FLAC3D를 개발하고, 이를 검증하기 위해 KURT 시설에서 현장시험(In-DEBS: In-situ Demonstration of Engineered Barrier System)을 진행 중임.
- (천연방벽 성능 평가) 천연방벽의 현재 성능을 평가하기 위한 부지조사 기법을 개발하고 이를 종합하여 부지특성모델을 구축하는 기술을 개발 중임.
- (심부 환원환경 핵종거동 분석) 처분안전성 평가 입력자료 구축의 일환으로 핵종들에 대한 용해도 DB 구축 및 수착분배계수 관리를 위한 수착데이터베이스를 개발 중임.
<In-DEBS 개념도 및 시험장치 설치 모습>
자료 : 한국원자력연구원
5. 시사점 및 기술개발 전망
■ (요약 및 시사점) 해외 선도국 및 우리나라의 기술개발 동향을 살펴 본 결과 다음과 같은 시사점을 도출할 수 있음.
국내 및 해외 모두 사용후핵연료 저장시설의 포화에 따른 운반·저장 이슈를 해소하기 위해 관련 기술 개발을 추진 중
- 독일, 일본은 옥내 금속 겸용 용기, 미국은 옥외 콘크리트 저장용기를 선호하나, 미국도 금속 운반·저장 겸용 용기 활용을 위한 연구를 추진 중이며, 민간기업 주도로 운반용기 관련 중성자 차폐재 및 흡수재 개발이 활발함.
- 우리나라는 운반·저장 겸용 용기 개발에 가시적 성과를 거두고 있으며, 최근 국내 기업이 미국 내 금속 겸용 용기 시장 진출에 성공함.
세계적으로 사용후핵연료 건식저장이 장기화되면서 건식저장시스템의 장기 건전성 유지 여부에 대한 실증시험을 추진 중임.
- 일본은 비등경수로형 사용후핵연료의 건식저장시설만 운영 중이고 가압경수로형 사용후 핵연료의 건식저장 경험이 없기 때문에 Nuclear Safety Commission에서 발전사업자에게 장기 실증시험을 지시함.
- 한편, 우리나라의 경우 건식저장시스템의 설계, 제작 기술은 보유하고 있으나, 경수로 건식저장 관련 실질적인 시스템의 운용을 위한 실증 프로젝트 운영이 미흡한 수준임.
해외 주요국은 사용후핵연료의 심층처분을 위해 URL 시설을 활용하여 체계적으로 기초·
응용·실증·시연 기술을 개발 중임.
- 영구적인 심층처분사업을 추진 중인 국가들은 자국 지질환경에 적합한 처분시스템을 개발 하고, URL에서 장기성능 실증연구를 추진 중이며, 국가별 Safety Case 보고서를 작성 하여 처분시설의 장기 안전성과 관련된 법적 규제요건 충족 여부를 확인하고, 이해관계 자와의 소통에 노력을 기울이고 있음.
- 우리나라는 한국원자력연구원에서 스웨덴 KBS-3 개념을 기반으로 파이로폐기물 처분 시스템을 개발하고, KURT 시설을 활용하여 파이로폐기물에 대한 Safety Case를 개발 하였음. 현재는 사용후핵연료 직접처분을 위한 연구를 진행 중으로서, 특히, 처분시스템에 대한 부지특성모델 구축 기술을 개발하여 장기 현장시험 중이며, 처분시스템의 안전성 평가모델, 복합현상 평가모델, 그리고 처분시스템의 안전성 검증체계를 지속 개선 중임.
▶ 선도국들은 운반·저장 겸용 용기 개발, 건식저장시스템의 장기 건전성 실증연구, URL을 이용한 처분시스템의 종합안전성 입증에 집중하고 있음.
☞ 우리나라는 건식저장시스템의 실증 프로그램의 이행이 적기에 이루어져야 하며, 소내저장 - 운반 - 저장 - 처분에 이르기까지 안전하고 효율적으로 관리할 수 있는 연계기술의 모색이 필요함.
☞ 심층처분 기술개발 단계별 종합안전성을 구축하여 처분시스템의 장기 안전성과 관련 법적 규제요건 충족 여부를 확인하고, 처분안전성에 대한 국민 수용성 향상을 위한 지속적인 소통 노력이 필요함.
■ (기술개발 전망) 해외 선도국에 비해 대략 20년 뒤에 사용후핵연료 관리기술 개발에 착수한 우리나라는 앞으로 기술자립에 주어진 시간은 20년이 채 넘지 않을 것으로 전망되며, 이 문제를 해결하기 위한 국가차원의 R&D 프로그램 기획이 진행되고 있음.
(다부처 R&D사업) 과학기술정보통신부, 산업통상자원부, 원자력안전위원회가 공동 으로 예비타당성조사를 신청한 사용후핵연료 저장·처분 안전성 확보를 위한 핵심 기술개발사업 추진 예정
(URL 구축사업) 중저준위방사성폐기물과 달리 사용후핵연료는 심층(深層)에 처분했을 시 장기간의 안전성을 실증하도록 규제되므로 처분기술의 안전성을 원만히 실증하기 위해서는 국가 차원의 URL 시설의 적기 구축이 필요함.
- 특히, 예비타당성조사가 진행 중인 저장·처분 핵심기술개발 사업의 성과물은 URL 시설 에서의 본격적인 실증연구에 연계되도록 기획되어 있고, URL 구축에 필요한 부지조사, 설계, 인허가, 건설에 최소 7~8년 소요되는 것을 고려하면 더는 늦출 수 없는 상황임.
- 유사한 기능을 하는 URL 이전 단계의 소규모 KURT 시설이 운영되고 있으므로 이 시설과 연계하는 방안도 고려 필요
(옵션기술) 현재의 세계적인 기술수준에서 우리나라 여건을 고려하여 미래 원자력의 경쟁력을 높이고, 나아가 국민의 수용성을 증진하기 위한 옵션 연구도 병행해야 함.
- 사용후핵연료를 일정 기간 저장한 후 영구처분까지의 과정을 거치면서 안전성과 효율성을 높이고, 비용을 획기적으로 줄이기 위한 기술적 노력을 꾸준히 추진해야 함.
6. 결론 및 제언
■ 우리나라가 세계 원자력발전 5위임을 감안할 때 이에 걸맞는 사용후핵연료 관리기술을 확보할 필요가 있으며, 이를 위해서는 저장․처분분야의 R&D 비중을 강화할 필요가 있다고 판단됨.
세계적으로 독보적인 경제 성장을 이룬 대한민국에서 원자력은 단연코 국가 동력원이 되어왔음은 부인할 수 없는 역사임. 국가 살림살이의 성장과 더불어 원자력산업도 꾸준히 성장을 해왔고, 이의 혜택을 본 것은 현 세대임. 후세대의 부담을 최소화하기 위해 사용후핵연료 관리대책을 착실히 준비해야 한다는 사실을 인지해야 함.
■ 현재 산업통상자원부는 원자력계의 뜨거운 감자인 사용후핵연료 관리정책에 대한 전반을 재 검토하고 있고, 사용후핵연료 관리정책도 재정립될 것으로 기대함.
단기적으로는 여러 이슈 중에서도 원전의 안전 운영을 위해서는 소내 저장시설을 제때에 확충하는 것이 가장 시급한 과제임.
정부가 장기적으로 새롭게 물색해야 하는 처분장 부지도 지역사회의 동의가 있어야 가능 하고, 사용후핵연료의 저장과 처분이 보장되어야 원전의 안전 운영도 가능함.
결국, 처분장 부지의 확보 여부가 안전한 관리 시나리오의 가장 큰 고개가 될 전망이며, 이러한 상황에서 처분장 부지 선정과정에서 사회적 수용성을 확보하는 것이 중요해질 것임.
■ 장기적으로는 우리나라 여건을 감안하여 다양한 방식의 사용후핵연료 처분방안을 검토해볼 필요가 있다고 생각하며, 개인적으로는 영해 내 대륙붕을 이루는 해저 암반층에 심층처분장을 건설하는 방안이 하나의 옵션이 될 수 있다고 보며 이에 대한 신중한 검토를 할 필요가 있다고 판단함.
최종 처분장 부지는 임해지역에 위치하게 될 것이지만, 지역사회의 심리적 부담감 (NIMBY)을 완화시키기 위해서는 내륙부보다는 해안에서 수 km 떨어진 해저암반에 처분장을 짓는 것이 훨씬 유리함21).
- 심층처분장에서는 지하수의 흐름 속도가 늦을수록 안전성이 더 높아지는데, 동일한 조건의 암반이라면 연안 대륙붕은 바닷물로 포화된 지하수가 거의 흐르지 않고 정체될 수 있는 환경이므로 이에 대한 연구가 필요함.
21) 김경수, 지성훈, 사용후핵연료의 심부수평시추공처분 개념에 관한 소고, 한국방사성폐기물학회지, 17(3), 2019. 9.
<해저 암반층을 활용한 심층처분장 건설 방안>
자료 : 김경수
∙ 한국방사성폐기물학회, 고준위방폐물 관리 기초자료 확보, 한국원자력환경공단, 2019. 2.
∙ 김경수, 사용후핵연료 안전관리 준비는 원자력 신뢰도 증진의 열쇠, 원자력산업, 한국원자력산업회의. 2020. 2.
∙ 사용후핵연료공론화위원회, 사용후핵연료핸드북, 2014.
∙ 한국산업기술평가관리원, 사용후핵연료 저장 현황 및 소재기술 동향, KEIT PD ISSUE REPORT, 2014.
∙ IAEA, Disposal of radioactive waste SSR-5, 2011.
∙ OECD/NEA RWMC, Geological Disposal of Radioactive Waste – Review of Developments in the last decade, 2000.
∙ 원자력안전위원회, 고준위방사성폐기물 심층처분시설에 관한 일반기준, 원자력안전위원회 고시 제2015-021호, 2016. 1.
∙ 한국원자력환경공단, ‘중장기 방사성폐기물관리 기술개발 전략 수립’, 2017.
∙ '경수로 사용후핵연료 건식저장시스템의 격납감시 기술현황 분석', 방사성폐기물학회지, 2016.
∙ IAEA, “Understanding and managing ageing of material in spent fuel storage facilities”, Tech. Report Series No.443, 2006.
∙ Demonstrating Performance of Spent Fuel and Related Storage System Components during Very Long Term Storage, IAEA, 2019.
∙ '미국의 사용후핵연료 건식저장 실증연구의 과거와 현재', 방사성폐기물학회지, 2017.
∙ 고준위방사성폐기물 처분후보부지 조사에 고려할 구조지질학적 요소 : 해외사례에 대한 고찰, 지질학회지, 2017.
∙ 諸外国における高レベル放射性廃棄物の処分について, 일본 경제산업성 자원에너지청, 2019.
∙ 고준위폐기물 장기관리 시스템 개발, 한국원자력연구원, 2016.
∙ 고준위방사성 폐기물 처분 Safety Case 개발을 통한 처분안전성 신뢰도 향상, 방사성폐기물관리학회지, 2014.
∙ Hengxing Lan, C. D. Martin, J. C. Andersson, Evolution of In Situ Rock Mass Damage Induced by Mechanical–
Thermal Loading, Rock Mechanics and Rock Engineering 46(1), 2012.
∙ Bestel M et al., Combined tracer trough-diffusion of HTO and 22Na through Na-montmorillonite with different bulk dry densities, Applied Geochemistry, 93, 158-166, 2018.
∙ Shafizadeh A et al., Quantification of water conetent across a cement-clay interface using high resolution neutron radiography, Physics Procedia, 69, 516-523, 2015.
∙ 고준위폐기물 장기관리 시스템 개발, 한국원자력연구원, 2016.
∙ 김경수, 지성훈, 사용후핵연료의 심부수평시추공처분 개념에 관한 소고, 한국방사성폐기물학회지, 17(3), 2019. 9.
∙ 산업통상자원부, 한국원자력환경공단, 사용후핵연료 이야기 70, 2016. 5.
❚ South Carolina 법원, V.C. Summer 건설포기 집단소송 합의 예비승인
The Bond Buyer. 2020.03.13. The Post and Courier. 2020.03.12. 2020.03.17.
The State. 2020.03.17. Courthouse News Service. 2020.03.18.
■ South Carolina 州 법원은 전력사용자들이 유틸리티 Santee Cooper를 상대로 제기한 집단 소송 합의내용을 예비 승인함.
2013년 시작된 V.C. Summer 2·3호기 건설의 제1·2주주였던 SCE & G와 Santee Cooper는 공기지연 및 비용 초과 등의 이유로 2017년 7월 건설을 포기함.
총 공사비용이 250억 달러에 달하는 가운데 Santee Cooper는 건설비 충당을 위해 전력 요금을 5차례 인상하였고, 전력사용자들은 원전 건설 포기 선언 직후 Santee Cooper를 상대로 집단 소송을 제기함.
■ 양측의 합의사항은 다음과 같음. Santee Cooper는 총 2억 달러를 3년에 걸쳐 6500만, 6500만, 7000만 달러로 전력사용자에게 분할지급하기로 합의함.
현금 또는 전력요금 할인의 방식으로 지급하며, 4년간 전력요금을 동결하기로 합의함.
V.C. Summer 건설의 제1주주였던 SCE & G를 인수한 Dominion Energy는 3억 2천만 달러를 현금 또는 유가증권의 형태로 전력사용자에게 지급하기로 합의함.
■ 본 사안에 대한 최종 승인 공청회는 7월 20일에 열릴 예정임.
북미
미국 집단 소송 합의 예비승인 관련 절차
∙ 집단소송에서 원고와 피고가 합의한 경우 양측은 법원에 합의사항에 대한 예비승인 인가를 요청함.
∙ 법원은 합의 내용을 검토 후 합의 사항이 공정하고 합리적이라고 판단할 경우 예비승인을 내림.
∙ 합의에 대한 예비승인을 내린 후 법원은 원고측에 집단소송 참여자들이 합의 결과를 알 수 있게 통보할 것을 명령함.
∙ 연방민사소송규칙 (FRCP) 제23조에 따라 모든 집단소송 참여자들에게 합의 결과를 통보하여야 하며, 보통 직접 통보가 권고됨. 직접 통보가 불가할 경우 인터넷·신문 또는 기타 미디어를 통한 통보도 가능함.
∙ 통보 기간 중 집단소송 참여자들은 소송에서 빠지거나 합의내용에 대한 이의를 법원에 제출할 수 있음.
∙ 법원이 합의사항을 최종 승인한 이후 양측은 합의금 분배 절차에 들어감.
자료 : Thomson Reuters, Practical law the journal. Settling Class Actions를 토대로 저자 작성
❚ Darlington 2호기 설비개선 작업 완료
WNN. 2020.03.27.
■ 캐나다 Ontario Power Generation社(이하 OPG)는 2016년 10월 시작된 Darlington 2호기의 설비개선 작업이 완료되었다고 발표함.
OPG社는 Darlington 2호기의 재가동 준비에 돌입하였으며, Darlington 2호기는 캐나다 원자력 안전 위원회의 승인을 받은 후 재가동이 가능함.
Darlington 1~4호기 설비개선 총 비용은 128억 캐나다 달러임.
■ 한편, OPG社는 코로나바이러스의 여파로 일부 부품의 수급이 원활하지 않아 2020년 2월로 예정 되었던 Darlington 3호기의 설비개선 작업을 연기할 것이라고 발표함.
■ Darlington 원전은 CANDU 노형으로서 전력 외에도 주사기, 의료용 장갑, 이식물(implant) 등 일회용 의료장비 소독에 쓰이는 방사성 동위원소 코발트-60을 생산함.
<Darlington 원전 설비개선 일정 *>
자료 : Office of the Auditor General of Ontario. Annual Report 2018.
* 본문의 Darlington 3호기 설비개선 연기가 반영되지 않은 일정표임.
❚ California州 외출자제령으로 San Onofre 원전 해체 작업량 감소
The San Diego Union-Tribune. 2020.03.25. 2020.03.27. The Orange County Register. 2020.03.29.
■ San Onofre 원전 소유주인 Southern California Edison社(이하 SCE)는 California州의 외출자제 행정명령에 따라 일시적으로 해체 작업량을 줄일 것이라고 발표함.
구체적으로 어떤 작업을 줄일 지는 밝히지 않음.
■ 다만 SCE社는 사용 후 연료 이전 작업은 동일하게 진행될 것이라고 밝힘.
SCE社는 내부 규율을 지켜 사용 후 연료 이전 작업을 진행하는 만큼 안전에는 문제가 없다는 입장임.
미 국토안보부는 코로나바이러스 대응과 관련하여 에너지 분야를 포함한 16개 분야를 지속적인 운영이 필요한 필수 인프라로 지정하였고, 사용 후 연료 이전 작업도 포함됨.
■ 한편, 3월 25일에는 San Onofre 원전의 오수처리시설에서 약 2만 6천 리터의 폐수가 태평양 으로 유출되는 사고가 발생함.
■ SCE社는 갑작스럽게 유입된 폐수가 오수처리시설에 문제를 일으켰고 폐수는 오수처리시설의 펌프를 통해 원전의 도관을 타고 태평양의 지류로 유출되었다고 발표함.
SCE社는 추가 유출을 막기 위해 오수처리시설의 모든 펌프의 가동을 정지하였고, 현재 폐수 유입 경위를 파악 중이며, 유출된 폐수는 방사성 폐수가 아니라고 발표함.
■ San Onofre 원전은 극미량의 방사성 물질이 포함된 폐수를 정기적으로 방류하는데, SCE社는 이번 폐수 유출은 정기 방류와는 무관하다고 밝힘.
❚ Bruce 원전 중수 유출 사고 발생 … 인명피해는 없어
The Star. 2020.03.30.
■ 캐나다 Bruce Power社는 설비개선 작업 중인 Bruce 6호기에서 삼중수소가 담긴 중수 20리터가 유출되는 사고가 발생했다고 발표함.
Bruce Power 측은 중수 유출에 따른 인명피해는 없으며, 사고 직후 인근 직원을 대피 시킨 후 제염작업을 시작하였다고 발표함.
Bruce 6호기는 설비개선을 위해 2020년 1월 가동을 중단하고 연료를 제거한 상태임.
Bruce Power社는 사고 경위를 조사 중임.
■ 삼중수소는 원자로의 핵분열과정에서 발생하는 방사성 동위원소로, 물 또는 식품을 통해 섭취 하거나 호흡기로 흡입 또는 피부를 통해 체내에 흡수될 경우 건강에 위해를 가할 수 있음.
❚ 체코 CEZ社, Dukovany 신규 원자로 2기 증설 승인신청서 제출
Nucnet 2020.3.26., Nuclear Engineering International 2020.3.30.
■ 2020년 3월 25일 체코 국영 전력기업 CEZ社는 Dukovany 원자로 2기(최대 1200MW 규모 가압수형로) 증설을 위한 승인신청서를 원자력안전청(State Office for Nuclear Safety)에 제출함.
체코는 현재 Dukovany 원전(VVER-440 4기)과 Temelín 원전(VVER-1000 2기)에서 6기의 원자로를 가동해 전체 전력의 약 3분의 1(총 발전용량 3,932MW)을 공급하고 있음.
- 2019년 7월 체코 정부는 에너지 자급자족 및 안정적 공급을 위해 Dukovany 신규 원자로 증설을 승인하였음.
- 2019년 9월 체코 환경보호부는 Dukovany 신규 원자로 건설이 환경과 공중보건에 부정 적인 영향을 미치지 않는다고 확인한 후 환경영향평가를 승인하였음.
CEZ社는 승인신청서를 작성하는 데 5년이 소요되었다고 밝힘.
- 해당 문서는 약 1,600페이지에 달하며, 30명 이상의 전문가가 참여해 부지 특성화(자연 조건), 건설 작업이 주민과 환경에 미치는 영향, 향후 원전 해체를 조사하였음.
CEZ社는 신규 원자로 2기 건설이 체코 에너지 및 기후 목표 달성을 위해 추진되고 있으며, 인허가의 개방성과 투명성을 극대화하기 위해 해당 문서에 대한 자유 열람이 가능하다고 설명함.
■ CEZ社는 신규 원자로 공급업체 입찰 준비를 2020년 6월, 공급업체 선정을 2022년 말, 건설 승인을 2029년, 가동을 2036년으로 계획함.
체코 정부는 同 프로젝트 추진을 위해 60억~70억 달러를 마련하였음.
유럽
현재 러시아 Rosatom社, 프랑스 EDF社, 한국수력원자력, 중국 CGN社, 미국 Westinghouse 社가 신규 프로젝트 입찰 참여를 신청함.
- 프랑스 Areva社와 일본 미쓰비시 중공업의 합작기업인 Atmea社는 참여를 철회함.
❚ 에스토니아와 터키, SMR 도입 위한 연구 추진
World Nuclear News, Rolls-Royce, Nucnet 2020.3.19., Nuclear Engineering International 2020.3.23.
■ 2020년 3월 18일 스웨덴 전력기업 Vattenfall社는 에스토니아가 추진하는 소형모듈원자로 (SMR)에 관한 선행연구(pilot study)에 참여한다고 밝힘.
※ Vattenfall社는 스웨덴과 독일에서 원자로를 보유하고 있음.
에스토니아 에너지기업 Fermi Energia社는 자국 내 SMR 건설 가능성을 조사하기 위한 선행 연구를 수행 중임.
- 2019년 7월 Fermi Energia社는 2030년 이후 에스토니아의 전력 공급 및 기후 목표 달성을 위해 SMR 도입 적합성 여부를 판단하기 위한 타당성 조사에 착수하였음. 4가지 유형의 SMR(영국 Moltex Energy社 : SSR-W300, 캐나다 Terrestrial Energy社 : IMSR-400, 미국 GE Hitachi社 : BWRX-300, 미국 NuScale社 : SMR)이 연구될 예정임.
- 2019년 1월 Fermi Energia社는 핀란드 전력회사 Fortum社, 벨기에 엔지니어링 회사 Tractebel社와 공동으로 SMR 선행연구에 협력하기 위한 양해각서를 체결하였음.
Vattenfall社에 따르면 에스토니아는 전력 소비량(kWh)당 탄소 배출량이 EU에서 가장 많은 국가임. 반면 스웨덴은 탄소 배출량이 세계 최저 수준으로, 화석연료 없이 수력, 원자력, 풍력을 이용해 전력을 생산하고 있음.
- 에스토니아는 이산화탄소 배출이 많은 오일 셰일(Oil Shale)을 바탕으로 전력을 생산함.
Vattenfall社는 이번 연구를 통해 SMR 비용 조건, 인허가 등을 조사할 계획임.
선행 연구는 올해 말까지 완료될 것으로 예상되며 2021년 초에 발표될 예정임.
■ 한편, 2020년 3월 19일 영국 엔지니어링 회사 Rolls-Royce社와 터키 국영에너지기업 EUAS International ICC(Incorporated Cell Company)社는 SMR 연구를 위한 양해각서를 체결함.
터키는 현재 최초 원전을 건설하고 있으며 SMR 개발 가능성을 연구하고 있음.
- 터키는 Akkuyu 원전(러시아가 설계한 제3세대+ 1,200MW 규모의 VVER 4기)을 건설하고 있으며, 1호기는 2023년, 2~4호기는 2025년까지 완공을 목표로 함.
Rolls-Royce社에 따르면, 양측은 2년간 기술적, 경제적, 법적인 측면에서 SMR의 적용 가능성을 평가하는 연구를 수행하고 SMR의 공동 생산 가능성도 검토할 계획임.
Rolls-Royce社는 SMR(1기당 설계수명 60년, 440MW 용량)을 개발하였으며, 2029년 까지 영국에서 SMR 가동을 목표로 하고 있음.
- Rolls-Royce社는 SMR 설계 컨소시엄(Assystem社, Atkins社, BAM Nuttall社, Laing O'Rourke社, National Nuclear Laboratory社, Nuclear AMRC社, Wood社, Welding Institute社)을 주도하고 있음.
EUAS International ICC社는 원자력을 도입해 에너지원을 다양화하고, 원자력 산업의 지속 가능한 발전을 추구해 자국의 경제 성장과 사회적 이익 창출에 기여할 계획이라고 밝힘.
❚ 영국·독일·프랑스, 코로나바이러스감염증 대응 조치 실행
Nuclear Engineering International 2020.3.12., The guardian 2020.3.18, Clean Energy Wire 2020.3.19, EDF Energy 2020.3.24., Reuters 2020.3.16.,25, Nucnet 2020.3.20.,23,26.
■ 유럽 주요 3개국(영국, 독일, 프랑스)은 신종 코로나바이러스 감염증(코로나 19)에도 원전 운영 및 해체에 차질이 없도록 대응 조치를 실시하고 있음.
1) 영국
■ 영국 Sellafield Ltd社는 코로나바이러스 확산을 방지하기 위해 MAGNOX 재처리시설 임시 폐쇄를 포함한 Sellafield 부지에 대한 예방 조치를 취하였음.
※ Sellafield Ltd社는 영국 원자력해체청(NDA)의 자회사로 Sellafield 부지의 안전한 운영 및 정화를 담당하는 기업임.
※ Sellafield 부지는 영국 잉글랜드에 위치한 원자력 단지로 Calder Hall 원전, MAGNOX 재처리시설, 유리화 시설, 방사성폐기물 저장시설 등 핵연료 주기 시설과 원전이 있음.
MAGNOX 재처리시설은 한 직원이 코로나 바이러스 양성 판정을 받은 후 폐쇄되었음.
- 원자로에서 발생한 사용후핵연료에서 재사용이 가능한 플루토늄과 우라늄을 분리해내는 同 시설은 1964년에 가동을 시작해 올해 영구 폐쇄될 예정임.
Sellafield Ltd社는 현재 1,000명 Sellafield 직원(전체 11,500명의 8%)이 자가격리를 시행하고 있다고 밝히며, Sellafield 내 원자력 시설의 가동 규모를 축소해 소수 직원만 활용할 계획임.
- Sellafield Ltd社에 따르면 자가격리 대상은 바이러스 증상이 있는 직원과 사회적 거리 두기가 필요한 기저질환자임.
■ 영국 원전운영사인 EDF Energy社는 코로나바이러스로 인해 Hinkley Point C 원전 근로자 수를 4,500명에서 약 2,000명으로 줄일 계획이라고 밝힘.
EDF Energy社는 Bristol 본사 폐쇄, 재택근무, 원전 부지 출입자의 발열검시 시행, 추가 소독, 근로자 동선 변경, 운동시설 폐쇄 조치를 시행하였음.
2) 독일
■ 독일 전력회사인 EnBW社는 코로나바이러스로 인해 Philippsburg 원전의 해체 작업(냉각탑 철거) 일정이 변경될 수 있다고 밝힘.
2019년 12월 31일 1,402MW 규모의 Philippsburg 원전 2호기는 35년간 가동 후 영구 폐쇄되었음.
2019년 말 독일 환경부는 냉각탑 철거를 포함해 同 원자로의 해체를 승인하였음.
EnBW社는 해체를 위한 준비 작업을 완료했으나, 당초 정해진 철거 일정(5월 14일)이 코로나 바이러스로 인해 연기될 수 있다고 판단함. 이에 따라 코로나바이러스 확산 상황을 모니터링하고 적절한 시점에서 냉각탑 철거 작업을 시행할 것이라고 밝힘.
EnBW社는 해체 작업이 독일 북부에서 남부로 전력(특히 재생에너지 전력)을 안정적으로 공급하기 위한 필수 작업이라고 설명함.
- 독일 송전망 운영업체인 TransnetBW社는 Philippsburg 원전 부지에 직류(DC) 변전소를 건설할 계획임.
