소형모듈원자로(SMR)에 관해 내용을 정리하겠습니다. 최근 AI 시대가 도래하고 그에 따라 많은 서버와 데이터 센터가 필요하게 되었는데, 이때 가장 중요한 것이 바로 전력 공급입니다. 2027년이 되면 AI 서버가 연간 소비할 에너지량이 스웨덴이나 네덜란드와 같은 하나의 국가와 맞먹을 전망이라고도 하니 안정적인 전력을 확보하는 것이 매우 중요한 포인트가 될 것입니다.
이러한 과제를 해결할 수 있는 방법으로 떠오르는 것이 바로 소형모듈원자로인데, 아래 내용을 천천히 읽어보시어 인사이트를 얻는 데 도움이 되시면 좋겠습니다.
AI의 성장과 데이터센터 건설에 따라 전력 수요 급증
기존 원자로보다 건설 기간과 비용이 낮은 소형모듈원자로에 주목
먼저 최근 소식부터 알아보겠습니다.
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소형모듈원자로(SMR)는 현재 월가에서 주목하는 투자 트렌드 중 하나로 부상했습니다. 금융 시장은 SMR의 잠재적 가치와 투자 매력에 주목하고 있으며, 이는 SMR이 제공하는 상대적으로 낮은 초기 투자 비용과 높은 안전성 때문입니다.
SMR 기술이 글로벌 에너지 공급 방식을 변화시킬 가능성이 크며, 기후 변화 대응과 에너지 안보에 중요한 역할을 할 것으로 전망됩니다.
미국의 한 석유회사가 시추 작업에 소형모듈원자로(SMR)을 사용하여 전력을 공급하는 새로운 접근 방식을 도입했습니다. 이 전략은 탄소 배출 규제에 대응하기 위한 것으로, SMR을 활용해 환경친화적이면서도 지속 가능한 에너지 공급 방안을 제시했습니다.
소형모듈원자로란?
그러면 이 원자로가 어떤 기술인지 설명하겠습니다.
소형모듈원자로(Small Modular Reactor, SMR)는 그 이름에서 알 수 있듯이 작은 크기의 원자로를 말합니다. 이 원자로는 전력 생산, 산업 열 공급, 심지어 해수 담수화 등 다양한 용도로 활용될 수 있습니다.
참고. 원자로 작동 원리
원자로의 핵심은 핵분열 반응입니다. 우라늄과 같은 핵연료가 중성자를 흡수하면 핵분열이 일어나며, 이 과정에서 엄청난 에너지가 방출됩니다. 이 에너지는 주로 열의 형태로 나타납니다.
방출된 열은 원자로의 냉각수를 가열하여 증기를 생성하는데, 이 증기는 터빈을 구동하여 전기를 생산하는 데 사용됩니다.
핵분열 반응은 제어봉을 통해 조절되며 반응을 늦추거나 가속할 수 있으며, 필요한 경우 반응을 완전히 멈출 수 있습니다. 또한, 과도한 열이 축적되는 것을 방지하기 위한 다양한 안전 시스템이 마련되어 있습니다.
SMR의 장점
- SMR은 공장에서 모듈 방식으로 제작되어 현장에선 주로 조립만 이루어지기 때문에 건설 기간과 비용이 대폭 줄어듭니다.
- SMR은 작은 크기로 인해 도심지나 원격 지역과 같이 대형 원자로를 설치하기 어려운 지역에도 배치할 수 있습니다.
- 크기가 작다 보니 냉각수도 덜 필요해, 바다가 아닌 육지 한복판에도 지을 수 있어, 전력을 많이 필요로 하는공장이나 데이터 센터 바로 옆에 설치할 수 있습니다.
- SMR 설계는 고도의 안전성을 고려하여 개발되었습니다. 패시브 안전 시스템을 포함하여 외부 전력이나 인간의 개입 없이도 사고 시 자동으로 시스템을 안전한 상태로 유지할 수 있습니다.
- 대규모 원자로와 달리 SMR은 초기 투자 비용이 상대적으로 낮고, 또 소규모로 시작하여 수요에 따라 점진적으로 확장할 수 있는 유연성이 경제적 효율성을 높입니다.
SMR의 단점
- 새로운 기술인 SMR은 기존의 원자력 규제 프레임워크에 완벽히 부합하지 않을 수 있어, 새로운 규제 및 인증 절차가 필요합니다. 이는 시간과 비용이 추가적로 발생할 수 있는 요소입니다.
- SMR도 전통적인 원자로와 마찬가지로 사용 후 핵연료와 다른 방사성 폐기물을 발생시키기 때문에 폐기물 관리 및 최종 처분에 대한 지속 가능한 해결책이 필요합니다.
- 대형 원자로에 비해 상대적으로 낮은 초기 투자 비용을 가지고 있지만, SMR의 전력 생산 단가는 아직 상업적으로 입증되어야 합니다. 대규모 재생 가능 에너지 소스와의 경쟁에서 SMR이 경제적으로 어떻게 자리 잡을지는 아직 불확실합니다.
- 원자력에 대한 일반 대중의 인식은 여전히 분분합니다. 사고의 위험성, 방사성 폐기물 문제 등에 대한 우려로 인해 SMR 프로젝트의 지역사회 수용성이 여전히 쉽지 않을 수 있습니다.
- 소형모듈원자로가 다수 설치될 경우, 각각의 보안을 유지하는 것 등 위험 관리가 중요한 이슈로 부상할 수 있습니다.
개발 역사
계속해서 소형모듈원자로가 지금까지 어떻게 개발되었는지 알아보겠습니다.
- (1940년대~1960년대) – 원자력 기술은 1940년대와 1950년대에 빠르게 발전했으며, 이 기간 동안 주로 군사적 목적과 과학 연구에 초점이 맞춰졌습니다. 1950년대 후반부터는 상업적 원자력 발전소 개발이 시작되었으나, 이 시기의 원자로는 대형이었고 SMR 개념은 아직 태동 단계에 있었습니다.
- (1970년대~1980년대) – 1970년대에 들어서면서, 원자력 기술은 더욱 다양화되고, 소형 원자로에 대한 연구가 시작되었습니다. 특히, 원격 지역이나 특수한 환경에서 사용할 수 있는 소형 원자로에 대한 관심이 증가했고, 1980년대에는 여러 연구 기관과 기업이 소형 원자로 개발 프로젝트를 시작했습니다.
- (1990년대~2000년대 초) – 1990년대와 2000년대 초반에는 소형모듈원자로 기술이 점차 성숙하여 잠재적인 상업적 활용 가능성이 더 널리 인식되기 시작했고, 특히 분산 전력 공급과 에너지 공급의 안정성 측면에서의 장점이 강조되었습니다.
- (2010년대~현재) – 2010년대에 들어서면서 소형모듈원자로 전 세계적으로 주목받기 시작하여 여러 국가에서 SMR을 미래의 에너지 솔루션으로 보고 개발과 투자를 가속화했습니다. 국제원자력기구(IAEA)와 같은 기관들도 SMR의 발전을 지원하고 국제 협력을 촉진하는 데 중요한 역할을 했고 현재는 다양한 디자인과 용도를 가진 SMR 프로젝트들이 전 세계적으로 연구, 개발, 실증 단계에 있습니다.
소형모듈원자로 관련 회사
SMR 관련 주요 기업을 소개하겠습니다.
- 테라파워 (TerraPower) – 빌 게이츠가 2008년에 설립한 SMR 개발 회사입니다. 미국 원자력 당국에 SMR 건설 허가를 받고 2024년 6월부터 미국 ‘와이오밍주’에서 착공에 들어가 2030년까지 최초의 SMR 단지를 완공하고 상업화하는 것이 목표입니다. 이 미국 회사는 여러 혁신적인 원자로 기술을 개발하고 있으며, 그 중 하나가 Natrium 원자로입니다..
참고. “Natrium” 원자로는 TerraPower와 GE Hitachi Nuclear Energy의 합작 투자를 통해 개발된 SMR 기술 중 하나입니다. 이 원자로는 액체 나트륨을 사용하여 원자로 코어를 냉각하는 기술을 채택하고 있는데, 액체 나트륨은 열 전도성이 높고 화학적으로 안정적이며, 고온에서도 안정적인 물성을 유지합니다. 이러한 특성 때문에 효율적인 열전달과 높은 운영 온도를 가능하게 하여 전기 생산 효율을 향상시킬 수 있습니다.
- 뉴스케일 파워(NuScale Power) – 미국 기업이며, SMR 기술 개발의 선두 주자 중 하나입니다. 이 회사의 SMR 디자인은 미국 원자력규제위원회(NRC)로부터 승인을 받았는데, 약 60MW의 전력을 생산할 수 있는 모듈 하나로 구성되어 있으며, 이는 필요에 따라 확장이 가능합니다.
- 로스아톰 (Rosatom) – 러시아의 국영 원자력 기업 로스아톰은 ‘KLT-40S’ 및 ‘RITM-200’과 같은 소형 원자로를 개발해 왔습니다. 이들은 주로 러시아의 원격 지역이나 얼음이 끼는 바다에서 운항하는 얼음 깨기 선박에 사용됩니다.
- 중국 국가원자력기술공사(CNNC) – 중국은 ACP100이라는 자체적인 SMR 디자인을 개발하고 있는데, 이 원자는 “Linglong One”이라고도 불립니다. 모듈형 디자인을 채택하여, 공장에서 제작한 후 설치 장소로 운송하여 조립이 가능합니다.
SMR 관련 투자
원자로의 부활
지난 몇 년간 원자력 산업은 침체기를 보냈습니다. 원전은 건설 비용이 많이 들고 인허가가 까다로워 정부의 보조금 없이는 이익을 남기기가 어려운 구조이기 때문인데, 게다가 미국의 셰일가스 혁명으로 천연가스 가격이 하락하면서 핵연료에서 전력을 생산하는 것보다 천연가스에서 전력을 생산하는 데 드는 비용이 더 싸진 이유가 있었습니다.
이런 이유로 2000년 이후 미국에서 새로 건설된 원자력 발전소는 단 2기뿐이었습니다.
그런데 최근 원전이 다시 부활하고 있습니다. 전 세계 각국이 기후변화를 늦추기 위해 노력하고 있는데, 화석연료를 줄이려면 전기자동차와 전기난로 같이 전력을 에너지원으로 하는 기기 사용이 늘어날수 밖에 없기 때문입니다.
또 최근 급부상한 AI 모델을 실행하기 위해 필요한 데이터센터도 전력 수요 증가의 주요 원인입니다. 데이터센터는 하루에 수만 가구가 사용하는 수준의 전력을 소비하는데, 보스턴 컨설팅 그룹은 현재 데이터센터가 전체 전력 수요에서 차지하는 비중은 약 2.5%이지만 2030년에는 7.5%로 늘어날 것으로 예상하고 있습니다.
위와 같은 전력의 필요를 충족시키기 위해서는 원자력이 적합한 에너지원이 될 것입니다.
데이터센터 수혜 원전주
2024년 3월 초 아마존이 펜실베이니아에 있는 탈렌 에너지의 원전 옆 부지를 6억5000만달러에 매입해 원전에서 전력을 직접 공급받는다는 내용의 계약을 맺는 것을 시작으로 앞으로 데이터센터와 원전 관련 기업의 협업이 지속될 것입니다.
이러한 상황에서 단기적으로 수혜를 받는 기업은 원전을 가장 많이 보유한 콘스텔레이션 에너, 비스트라 등의 회사가 있습니다.
특히 콘스텔레이션은 2024년 주당순이익(EPS)이 33% 증가할 것으로 전망되고, 또 데이터센터가 늘어남에 따라 2030년까지 기본 이익이 매년 최소한 10%씩 증가할 것으로 예상하고 있다고 합니다.
한편으로 최근에는 대형 원자로를 가진 기존 원전 회사보다 소형모듈원자로(SMR)가 더 큰 관심을 끌고 있는데, SMR은 일반 원전보다 크기가 작고 공장에서 전부 제작한 뒤 원하는 곳으로 옮겨 설치할 수 있기 때문에 비용도 덜 들기 때문입니다.
그래서 단기간에 미국에서 SMR이 가동되지는 않겠지만 SMR도 결국 데이터센터 급증의 혜택을 받을 것이며 더 빨리 건설될 가능성이 높습니다.
SMR 관련 기업에 투자한다면 뉴스케일 파워가 있습니다.
위에서 설명한 뉴스케일 파워는 현재 미국 증시에 상장된 유일한 SMR 회사인데, 2023년에는 비용 상승에 대한 부담감을 이기지 못하고 원자로 건설 계획을 취소했었지만, 미국 정부의 지원책 덕분에 기사회생할 분위기입니다.
특히 우리나라의 두산에너빌리티, 삼성물산이 절반에 가까운 지분을 가지고 있어 국내에서도 주목하고 있습니다.
글을 마치며
AI의 성장에 따라 전력 수요가 급증하고 있는데, 여기에 필요한 데이터센터는 아마존과 마이크로소프트, 알파벳 등 빅테크기업들이 가장 많이 건설하고 있습니다. 또 이 기업들은 모두 깨끗한 에너지를 사용해 탄소 배출량을 줄이겠다고 약속하고 있죠.
이렇게 전력 수요가 급증하고 있는 환경에서 앞으로 소형모듈원자로의 건설이 가장 많이 늘어날 것으로 예상이 되니, 이 원자로가 어떤 것인지와 어떤 기업에 투자하면 좋을지 미리 살펴봐 두면 좋겠습니다.
읽어주셔서 감사합니다.
