원자력발전 Q&A
과학기술이 발달한 현대에 살고 있는 우리는 모두 '에너지'로 인해 편리한 생활을 영위하고 있습니다. 이렇듯 에너지는 모든 것을 움직이게 만드는 동력입니다.
에너지의 대표적인 것으로 전기에너지를 들 수 있지요. 전기를 생산하려면 연료로 사용하는 에너지원(석탄, 석유, 천연가스, 우라늄)이 필요합니다. 그런데 이러한 에너지 자원은 전세계적으로 매장량이 한정되어 있어 무한정 사용 할 수 없다는 것이 큰 문제입니다. 특히 화석연료는 고갈 에너지로서 석유는40년, 석탄은 220년, 천연가스는 64년 분밖에 남아 있지 않습니다.
우리나라는 자원빈국으로 에너지원의 대부분(약 97%)을 해외에서 수입하고 있는 실정입니다. 우리가 가진 에너지 자원은 30년도 넘기지 못할 석탄이 고작입니다. 여기다 계속되는 경제 성장과 국민 생활 수준의 향상으로 에너지 소비는 더욱 증가하는 추세입니다.
현재 우리나라의 에너지소비 비율을 보면 화석연료(석유, 석탄, 천연가스)가 약 84%, 원자력이 14%, 나머지가 수력과 대체에너지로 구성되어 있습니다. 그런데 우리나라의 전력생산량 중 절반 가까이를 원자력이 차지하고 있어 화석연료의 비중(특히 석유의 비중)을 크게 낮추어 주고 있습니다.
원자력은 우리나라처럼 에너지 부존자원이 부족하고 에너지 수입 의존도가 높은 나라에서는 필수적인 대체 에너지인 것입니다. 하지만 앞으로 고갈될 염려가 없는 청정에너지를 개발하는 노력도 계속해 나가야 할 것입니다.
원자력발전의 원료가 되는 우라늄은 세계 전역에 고루 분포되어 있어 세계 에너지 정세에 크게 영향받지 않습니다. 따라서 연료를 수입에 의존하더라도 다른 에어지원보다 안정적인 공급을 기대할 수 있습니다.
| 구분 | '09(잠정) | '10(전망) | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 소비량 | 증가율(%) | 구성비(%) | 소비량 | 증가율(%) | 구성비(%) | ||
| 석유 | (백만B) | 776.3 | 2.1 | 42.3 | 797.1 | 2.7 | 41.5 |
| LNG | (백만톤) | 24.7 | -10.0 | 13.3 | 27.8 | 12.7 | 14.3 |
| 석탄 | (백만톤) | 107.5 | 3.2 | 28.2 | 110.7 | 3.0 | 27.8 |
| 유연탄 | (백만톤) | 97.4 | 3.6 | 25.8 | 100.8 | 3.5 | 25.6 |
| 무연탄 | (백만톤) | 10.1 | -1.3 | 2.4 | 9.2 | -8.0 | 2.2 |
| 원자력 | (TWh) | 148.8 | -1.4 | 13.2 | 154.1 | 3.6 | 13.1 |
| 수력 | (TWh) | 5.6 | -0.1 | 0.5 | 5.4 | -2.9 | 0.5 |
| 기타 | (백만TOE) | 6.0 | 17.9 | 2.5 | 6.9 | 15.5 | 2.7 |
| 1차에너지 | (백만TOE) | 241.4 | 0.3 | 100 | 252.6 | 4.6 | 100 |
| 구분 | '90 | '00 | '01 | '02 | '03 | '04 | '05 | '06 | '07 | '08 | '09 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 총에너지 수입액 |
109.3 | 375.8 (65.8) |
338.9 (-10.5) |
322.9 (-4.7) |
383.1 (18.6) |
496.0 (29.5) |
667.0 (34.5) |
855.7 (28.3) |
949.8 (11.0) |
1,414.5 (48.9) |
911.6 (-35.6) |
| 에너지 수입액 비중 |
15.6 | 23.6 | 23.9 | 21.2 | 21.4 | 22.1 | 25.5 | 27.7 | 26.6 | 32.5 | 28.2 |
| 원유 | 64.6 | 252.2 (70.6) |
213.7 (-15.3) |
192.0 (-10.1) |
230.8 (20.2) |
299.2 (29.6) |
426.1 (42.4) |
558.7 (31.1) |
603.2 (8.0) |
858.6 (42.3) |
507.6 (-40.9) |
| 석유제품 | 25.5 | 61.9 (69.5) |
57.3 (-7.4) |
62.1 (8.5) |
73.3 (17.9) |
83.6 (14.1) |
97.2 (16.3) |
121.2 (24.7) |
150.7 (24.3) |
222.8 (47.8) |
158.1 (-29.0) |
| 무연탄 | 0.5 | 0.7 (56.5) |
1.2 (62.9) |
1.5 (25.7) |
1.8 (19.3) |
2.3 (31.7) |
4.3 (84.2) |
4.1 (-5.2) |
4.5 (9.8) |
9.9 (121.2) |
6.7 (-32.3) |
| 유연탄 | 12.2 | 20.3 (8.9) |
21.6 (6.1) |
22.5 (4.5) |
22.7 (0.5) |
38.9 (71.7) |
48.0 (23.4) |
47.0 (-2.1) |
56.8 (20.7) |
118.2 (97.0) |
93.2 (-21.2) |
| LNG | 4.8 | 37.9 (82.9) |
39.9 (2.8) |
41.2 (3.3) |
50.8 (23.3) |
65.5 (28.9) |
86.5 (32.0) |
119.2 (37.9) |
126.5 (6.1) |
198.1 (56.5) |
138.7 (-30.0) |
| 우라늄 | 1.7 | 2.8 (8.6) |
2.3 (3.8) |
2.8 (20.1) |
2.7 (-5.5) |
3.4 (27.0) |
2.9 (-15.0) |
3.4 (18.7) |
4.9 (44.2) |
7.3 (49.1) |
7.2 (-1.4) |
※ ( )는 전년 대비 증가율, 한국무역협회 무역통계(www.kita.net)
전기를 만들어내는 발전소의 원리는 모두 비슷합니다. 즉 동력을 이용하여 터빈을 돌리면 터빈에 연결되어 있는 발전기가 돌아가면서 전기를 만들어내는 것입니다. 이때 동력으로 어떤 힘을 이용하는가에 따라 수력, 화력 또는 원자력발전소가 됩니다. 원전은 원자핵분열에서 나오는 에너지,즉 원자력을 동력으로 이용하는 것입니다.
원자로는 석탄이나 석유를 태우는 화력발전소의 보일러역할을 하고 있답니다. 이 원자로의 연료는 우라늄으로, 보통 '우라늄을 태운다' 라고 하는데 우라늄은 석유나 석탄처럼 불타는 것은 아니고 우라늄의 핵분열로 23개의 중성자와 막대한 에너지(열)를 내는데 이때 발생한 열로 물을 증기로 바꾸어 발전을 합니다.
원자로는 핵분열 연쇄반응이 서서히 일어나서 필요한 만큼의 에너지를 안전하게 뽑아 쓸 수 있도록 중성자와 핵분열 속도를 조절해 줍니다. 중성자의 속도를 늦춰주는 감속재로는 중수(重水)와 경수(輕水) 등의 물 또는 흑연 등이 사용되며 핵분열을 제어하는 기능은 원자로 속에 설치된 제어봉이 담당하고 있습니다.
이 세상의 모든 물질은 아주 작은 원자의 집합체로서 에너지 덩어리라고 할 수 있습니다. 원자는 중심에 자리잡은 원자핵과 그 주위를 도는 전자로 구성되며 원자핵은 양자와 중성자로 구성되어 있습니다. 우라늄과 같은 무거운 원자핵은 외부에서 중성자를 흡수하면 둘로 쪼개지는데 이를 원자핵분열이라 합니다.
이때 많은 에너지와 2~3개의 중성자가 함께 나오고 또 이 중성자들이 다른원자핵들에 흡수되면서 핵분열이 연속적으로 일어나게 되는데 이런 현상을 연쇄반응이라고 합니다.
핵분열에서 에너지가 나오는 원리는 아인슈타인의 상대성이론에 기초를 두고 있습니다. 이것이 바로 그 유명한 E=mc²:(에너지-질량 등가법칙)으로 핵분열 전후에 발생한 핵무게 차이(질량결손)만큼 에너지가 발생한다는 원리입니다.
E=mc ²
아인슈타인의 특수상대성이론에 따름, 질량은 곧 에너지라는 원리, 운동하는 물체의 에너지를 E. 물체의 정지 질량을 m, 빛의 속도를 c라고 하면 E=mc²라는 공식이 성립한다. 즉, 질량과 에너지는 비례한다. 이 관계식은 원자핵으로부터 방사선이나 소립자, 에너지가 소멸하는 것을 이해하는 기초가 된다.
기름 한 방울 나지 않는 우리나라는 에너지원(석유,석탄,천연가스)을 대부분 해외에서 수입하고 있습니다. 에너지 없이는 단 하루도 살 수 없는 것이 우리 생활입니다. 특히 필수 에너지이자 가장 편리한 에너지인 전기는 그 소비가 해마다 급증하고 있어 발전 설비를 계속해서 늘려나가야 합니다. 여기서 우리가 원자력 발전을 선택할 수 밖에 없는 필요성이 대두되는 것입니다.
첫째, 원자력발전은 에너지자립의 초석입니다.
오늘날 에너지자립은 국력을 좌우하고 있습니다. 특히 자원빈국인 우리의 경우 에너지자립은 국운을 걸고 해결해야 할 중대한 문제입니다. 우선적으로 수입 에너지인 석유사용의 비중을 낮추어 에너지 공급을 석유에 의존하는 현상에서 탈피하기 위해서는 원자력발전을 이용해야 합니다. 탈석유전원정책으로 지난 '70년대부터 시작한 원자력발전은 오늘날 주력의 발전원으로 총 발전량 중 거의 반을 차지하고 있으며 세계 6위의 원전 강대국으로 발돋움하게 되었습니다. 원자력발전은 석유파동(석유공급불안/고유가시대)이나 에너지무기화에 대비할 수 있는 유일한 에너지원입니다.
둘째, 원자력발전은 환경친화적 에너지입니다.
지금 지구환경은 대기오염, 수질오염, 토양오염, 해양오염, 기타 자연생태계의 파괴 등 심각한 위기에 처해 있습니다. 특히 지구의 온도가 올라가는 온난화(온실효과)문제는 발등의 불인데, 이는 이산화탄소 등 각종 오염가스(온실가스)를 다량으로 배출하는 화석연료(석유, 석탄, 천연가스)의 과다 사용이 주원인입니다. 이에 따라 국제적으로 기후변화협약을 체결하여 온실가스 감축에 대한 의무화를 서두르고 있습니다. 우리나라의 경우 소비에너지 중 화석연료의 비중이 85% 정도로 높아 이산화탄소 증가율이 세계 1위로 문제가 심각합니다. 특히 발전소에서 사용하는 화석연료로 국내 온실가스의 24% 정도가 배출되고 있습니다. 발전원별로 온실가스 배출량을 비교할 때 원자력발전이 가장 적은 것으로 밝혀졌습니다. 현재 실용 에너지 중 원자력발전이 가장 청정에너지에 가깝습니다. 앞으로 온실가스감축을 앞두고 그 효율성이 더욱 높아질 것으로 보입니다.
셋째, 원자력발전은 고도의 기술을 선도하는 에너지입니다.
원자력발전소는 첨단과학기술의 집합체입니다. 따라서 원전에 대한 고도의 기술축적은 다른 산업분야의 기술을 선도하고 있으며 기술자립을 통해 준국산 에너지가 될 수 있습니다. 현재 우리의 원전기술은 선진국수준으로 기술자립단계에 있으며 원전연료의 재료인 농축우라늄의 수입 외에는 모두 국산화가 가능합니다. 특히 우리의 독자적인 기술로 개발된 한국표준형 원전을 통해 기술자립을 이룩했으며 이를 바탕으로 북한 원전도 우리의 기술로 표준형 원전을 건설하고 있습니다. 또한 원전 기술을 중국 등에 수출하고 있어 우리 원전 기술의 우수성을 국제적으로 인정받고 있습니다.
넷째, 원자력발전은 안정적인 연료공급 에너지입니다.
원전의 연료인 우라늄은 세계 전역에 고르게 매장되어 있고, 수입원이 정치적·경제적으로 안정된 선진국이어서 세계 에너지정세에 크게 영향을 받지 않습니다. 우라늄은 소량의 연료로 막대한 에너지를 낼 수 있으며, 수송과 저장이 쉽습니다. 예를 들어 100만kW급 발전소를 1년간 운전하려면 석유로는 150만톤이 필요하나 우라늄은 20톤이면 됩니다. 그리고 원전은 우라늄을 원자로에 한번 장전하면 12~18개월 가량은 연료를 교체하지 않아도 되므로 그만큼의 연료 비축효과가 있는 셈입니다.
