기후변화 대처에서 22:123의 함의와 과제

주한규 한국원자력연구원장

지난달 제28차 유엔기후변화당사국총회(COP28)에서 청정에너지 확대에 관한 두 합의문이 발표됐다. 하나는 원전 용량을 2050년까지 2020년 대비 3배로 늘리자는 것이고, 다른 하나는 재생에너지 발전 용량을 2030년까지 현재의 3배인 11,000 GW로 늘리자는 것이다. 원전 확대 선언에는 22개국이 참여했고, 재생에너지 확대 결의에는 123개국이 동참했다. 우리나라는 두 합의에 다 참여했다. 참여국 수만 놓고 보면 재생에너지 확대가 대세로 보이지만 실현 가능성과 효과성을 보면 원전 확대가 더 유리하다. 일단 목표 달성 기간이 재생에너지는 7년, 원자력은 27년이란 큰 차이가 있지만 다음에서 설명할 다른 중요한 이유가 있다.

대표적인 재생에너지는 수력, 풍력, 태양광이다. 이 중 수력이 현재 세계 재생에너지 발전량 중 절반 이상을 차지하는 주력이다. 수력발전소의 이용률은 세계 평균치가 36 %를 상회하여 28 %인 풍력과 14 %인 태양광보다 훨씬 높다. 이용률이 높고 발전 시기 조절이 가능한 수력은 효과적인 재생에너지원이기는 하나 지형에 따른 제약이 있다. 우리나라에서는 수력을 확대할 데가 별로 없다. 그나마 있는 우리나라 수력발전소는 이용률이 8 %도 안 된다. 다목적댐은 홍수 조절과 용수 공급 활용이 더 우선이기 때문이다. 풍력도 풍속, 지진 등 자연조건에 영향을 많이 받는다. 일본은 수력과 태양광 강국이지만 풍력 발전량은 태양광의 10 % 수준일 만큼 낮다. 따라서 7년이라는 단기간에 재생에너지 용량 3배 확대 목표를 달성하려면 태양광 확대 위주로 갈 수밖에 없는데, 태양광은 이용률이 낮아 실제 발전량 증대는 3배에 훨씬 못 미치게 된다.

태양광 발전 용량이 어느 정도 이상으로 증가하게 되면 에너지저장장치(ESS)의 확대가 필수적으로 수반되어야 한다. 2022년 기준 우리나라 태양광 발전 용량이 25 GW 정도인데 이 용량이 3배가 된다면 우리나라 평균 전력 수요 65 GW를 상회하게 된다. 태양광 발전량은 하루 시간대별로 크게 변하므로 과도한 태양광 발전에 따른 전력망 교란을 막기 위해서는 상당량의 태양광 전력을 ESS에 저장했다가 밤과 새벽 시간에 공급해야 한다. 따라서 태양광 확대 정책은 필시 충분한 ESS를 포함한 전력망 안정화 대책을 동반해야 한다. 문제는 ESS가 아주 고가여서 저장비용이 발전비용보다 비싸질 수 있다는 점이다.

반면 2050년까지 원전 용량을 3배 확대하기 위해서 해결해야 할 과제도 많다. 대표적인 것은 부지 문제이다. 대형 원전은 안전성 측면에서 특정한 부지 요건을 만족해야 한다. 지진이 문제가 안 되고, 냉각 용수가 충분하고, 기존 인구가 적은 지역이어야 한다. 대형 원전 건설을 위해 이런 요건에 부합하는 부지를 확보하기는 쉽지 않다. 그 해결책으로 개발되고 있는 것이 소형모듈원자로(SMR)이다. SMR은 용량이 작기 때문에 원전의 안전성을 획기적으로 높일 수 있는 신개념 기술을 구현하기가 용이하다.

대표적인 개념이 원전의 주요 기기를 한 통 안에 집어넣어 냉각수 누설 가능성을 원천적으로 차단한 일체형 원자로다. 다른 개념은 자연 대류 현상을 이용해 펌프 없이도 원자로에서 열을 뽑아낼 수 있는 피동냉각형 원자로다. 이렇게 안전성이 대폭 증진된 원자로는 엄격한 부지 요건 제약 없이 수요지 인근에 설치해 활용할 수 있다. 원자력 확대에 SMR이 중요한 역할을 할 것이라는 전망에는 이런 이유가 있다. 다만 SMR의 문제는 현재의 예상 발전단가가 대형 원전 비해 비싸다는 것이다.

원전과 재생에너지는 기후변화 대처에서 둘 다 중요한 수단으로 활용될 수 밖에 없다. COP28에서 다소 도전적인 확대 목표가 설정됐기에 주요 기술 선진국은 재생에너지 확대에 필수적인 ESS 비용 저감과 양산 기술 개발에 매진하고, 원전 확대 선도국은 경제성이 높고 안전성이 입증된 SMR 실현을 위한 기술 개발을 가속화해야 할 것이다.