원자력 발전과 SMR (소형모듈원전)

 

 

AI의 데이터 센터를 운영하기 위해서는 대규모의 전력설비가 필요한 것으로 알려져 있고 이를 위해 원자력 발전소의 확충이 미국을 비롯한 유럽 등에 화두가 되고 있다. 우리나라는 과거 정부에서 소위 "탈원전"이라는 구호 아래 신재생에너지의 확대에 많은 자원을 쏟아부었지만 역부족이었다. 

 

그렇다면 태양광, 풍력(육상, 해상) 그리고 원자력 발전간에 발전량, 비용등은 어떤 차이가 있는지 알아본다.

 

대략 "1기당"을 어떻게 보느냐에 따라 다르지만 통상 다음과 같이 "1기"를 정의해본다.

구분	규모	비고
태양광	1MW
육상 풍력	5MW
해상 풍력	12MW
원전(*)	1,000MW (1GW)	대형원자로 1기

*) 최근 부각되고 있는 SMR(Small Modular Reactor, 소형모듈원전)은 대략 300MW급을 1기로 본다.

 

각 발전 유형별 발전량, 설치비 그리고 경제성을 비교해보면 다음과 같다.

구분	1기 규모	정격출력	연간 발전량 (대략)	초기 건설비(투자비) (대략)	발전단가(LCOE) (대략)	비고
태양광 (유틸리티)	1MW 발전소	1MW	1.5~1.8GWh	kW당 약 1,000~1,500달러	0.03~0.06달러/kWh
육상 풍력	5MW 터빈 1기	5MW	10~15GWh	kW당 약 1,300~1,800달러	0.03~0.07달러/kWh
해상 풍력	12MW 터빈 1기	12MW	40~50GWh	kW당 약 3,000~4,500달러	0.07~0.12달러/kWh
원자력 (대형)	1GW 원자로 1기	1,000MW	7,000~8,000GWh	kW당 대략 6,000~12,000달러	0.08~0.15달러/kWh(지역·사업별 편차 큼)

주1) LCOE(Levelized Cost of Energy, 단위전력당 비용)는 건설비, 금융비용, 운영/정비, 연료, 송전비 등을 전 생애 발전량으로 나눈 지표임.

주2) 재생에너지는 최근 태양광, 풍력 LCOE가 크게 떨어져 화석연료보다 싸진 수준이며, 특히 태양광과 풍력의 LCOE는 매년 하락 추세이다.

주3) 일반적으로 1가구 연간 전력 사용량을 약 4,000kWh로 보면, 원자력 1GW 원자로는  8,000GWh/4,000kWh = 2,000,000가구

 

발전량 관점에서 비교해 보면 다음과 같다.

 

각 발전 유형별로 가정한 운전조건(용량계수, Capacity Factor)는 다음과 같으며 이를 기준으로 연간 발전량을 계산하면 다음표와 같다.

구분	용량계수	정격출력	연간 발전량 (대략)	비고
태양광 (유틸리티)	15~20%	1MW	1 x 0.18 x 8,760 (24h x 365일)=1.6GWh/년	한국 기준 야외 유틸리티형
육상 풍력	25~35%	5MW	3 x 0.30 x 8,760 (24h x 365일)=13GWh/년
해상 풍력	40~50%	12MW	12 x 0.45 x 8,760 (24h x 365일)=47GWh/년
원자력 (대형)	80~90%	1,000MW	1,000 x 0.85 x 8,760 (24h x 365일)=7,400GWh/년

주1) 1기당 절대 발전량은 압도적으로 원자력이 크다.

주3) 일반적으로 1가구 연간 전력 사용량을 약 4,000kWh로 보면, 원자력 1GW 원자로는  7,400GWh/4,000kWh = 1,850,000 가구 (1GWh당 약 250가구)

 

 

설치비 및 경제적 관점에서  좀더 살펴 보면 다음과 같다.

구분	내용	비고
태양광 (유틸리티)	설비가 단순하고 공사기간이 짧아서 kW당 CAPEX가 가장 낮은 편이다. 발전단가(LCOE)는 지속 하락중이다.
육상 풍력	터빈, 타워, 기초, 도로 등으로 태양광 보다 비싸지만, 용량계수가 높아 발전량이 많아서 LCOE는 태양광과 비슷하거나 조금 높다.
해상 풍력	설치선, 해상 기초, 해저케이블, 운전/유지보수 비용까지 포함해 CAPEX가 매우 높다.  그래도 바람자원이 좋아 발전량이 크고 국제적으로는 LCOE가 최근 다소 하락 추세이다.
원자력 (대형)	건설, 안전설비, 규제비용, 금융비용이 엄청 크기 때문에 초기 투자비는 압도적으로 가장 크다. 수십 년 장기 운전과 높은 용량계수로 kWh당 비용을 낮추지만, 최근 신규원전의 실제사업비는 예상보다 많이 늘어나는 사례가 많아 LCOE 변동폭이 크다. 원전사고가 발생하면 천문학적인 복구비용이 발생하여 혐오시설화 되어 신규 원자력 발전소를 지을 곳이 없다고까지 한다.

주1) CAPEX(Capital Expenditures, 자본적 지출): 미래의 이윤 창출, 가치의 취득을 위해 지출된 투자 과정에서의 비용

 

경제성 관점에서 단순히 "kWh당 원가"만 보는 것보다 몇가지 추가적인 관점을 고려해야 한다. 태양광, 풍력은 간헐성 때문에 실제로는 저장장치(배터리), 백업발전, 계통 보강 비용등을 함께 고려해야 한다. 그리고 원전은 기저부하를 안정적으로 공급해주기 때문에 계통 안전성과 CO2 감축면에서 가치를 따로 평가해야 한다. (원전은 RE100(100% Renewable Energy)은 아니지만 CFE(Carbon Free Energy, 탄소무배출에너지) 이다) 또한, 국내에서 태양광은 토지, 입지 제약때문에 점점 부지확보비용, 주민수용성이 중요해지고 풍력도 민원, 환경 영향이 변수이다. 원전역시 신규부지확보가 매우 어려워서 이미 있는 원전부지에서 증설, 수명연장을 할 경우 경제성이 크게 달라진다.특히 원전사고의  주요 결과인 원자봉이 녹는 멜트다운 현상이 없다고 하는 SMR SMR - 나무위키 의 필요성도 점점 높아지고 있다.

 

(출처: 네이버블로그 nonstop0404)

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주1) 용인지역의 반도체 클러스터(삼성전자 300조(2042년완공), SK하이닉스 120조(2027년완공) 투자) 건설을 두고 전력은 어디에서 끌어오느냐 하는 문제로 시끌시끌하다(주2 참조). 절대적으로 부족한 전력을 가져올 곳이 없다. 15~16GW의 전력이 필요로 한다는데 이는 2024년 기준 국내 최대 전력수요 97GW의 16.5%에 해당한다고 한다. 반면 남쪽에는 남아도는 전기를 버리고 있다고 한다. 내륙지역에도 건설가능한 반도체 클러스터나 데이터센터를 SMR과 함께 건설하는 것을 기준으로 하면 각 지역별로 이해타산이 어떨지 모르겠다. 각 지역에서는 선호시설만을 고집하는 경우 나라의 발전에 필요한 설비를 구축하는데 실기를 할 수도 있다.

 

주2) 2025년 12월 10일 용산 대통령실에서 열린 인공지능(AI) 시대의 K-반도체 비전과 육성전략 보고회에서, 용인 반도체 클러스터의 필요 전력 15GW 중 40%인 6GW의 공급 방안이 현재까지 확정되지 않은 것으로 드러났다. 전영현 삼성전자 부회장은 “9GW 중 6GW가 확보됐고 남은 3GW는 기후부와 논의 중”이라고 했고 곽노정 SK하이닉스 사장은 “6GW 중 3GW만 확보됐다”고 답했다. (출처: 나무위키, 용인 반도체 클러스터 - 나무위키 )

 

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대학시절에 한국전력(주)에서 고리 원자력 발전소 견학을 시켜준 적이 있다. 원자력이 안전한 설비라는 것을 광고하기 위해서 회사에서 모든 경비를 대고 견학을 시켜주었다. 원전은 여전히 위험시설이지만 태양광이나 풍력으로 더군다나 화석연료로 해결될 수 없는 반도체나 데이터센터설비라고 한다면 원전이나 SMR로 기회를 잡아야 하지 않을까 하는 생각을 해본다. 내머리속에도 그때의 견학덕분인지 친원전이 자리 잡고 있는 듯하다. 그래도 잊지 말고 경계해야 한다. The Days(더데이스)를 보고나서 - 후쿠시마 원전 사고

 

 

2026.1.2.

(c) 칠보 (chillbo)

 

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