[심층 분석] ‘원전 대국’ 꿈꾸는 중국의 野望 : 월간조선

우리 정부가 탈(脫)원전을 한다고 경북 울진군에 건설 중이던 신한울3·4호기를 중단시키고 원전 산업을 고사(枯死)시키는 동안, 중국의 ‘원전굴기(原電崛起)’는 우렁차게 진행되고 있다.

굴기(崛起)란 산 따위가 불쑥 솟거나 벌떡 일어선다는 뜻으로 ‘대국굴기(大國崛起)’라는 말에서 유래된 것이다. 중국의 굴기는 다른 나라보다 낮은 수준에서 시작해서 벌떡 일어서겠다는 의기가 투영된 일종의 정책 방향이다. 중국은 막강한 자본력을 바탕으로 여러 기술 분야에서 전방위적으로 굴기를 선언하고, 실천하고 있다. 반도체, 화학, 자동차, 철강, 수송 등의 분야에서 이미 우리나라를 위협하고 있다. 얼마 전에는 중국 달 탐사선 ‘창어(嫦娥) 4호’가 인류 최초로 달 뒷면에 착륙하는 ‘우주굴기(宇宙崛起)’를 달성, 미국을 긴장시키고 있다.

중국의 ‘원자력 굴기’는 대단하다. 2018년 7월말 기준으로 41기의 원전이 운영 중이고 이미 15기가 건설 중이다. 2030년에는 원전 100기를 돌파할 것으로 전망된다. 그렇다고 하더라도 중국의 전체 전력수요 가운데 원전이 차지하는 비중은 8%에 불과하다. 이는 더 큰 성장 잠재력을 내포하고 있음을 시사한다. 2040년에는 원자력 발전량이 1102테라와트시(TWh)로 증가해 세계 원자력 발전량의 30%를 차지할 전망이다. 이 전망은 중국의 전력수요가 2040년까지 연평균 2.2% 증가할 것으로 예상됨에 따라 나온 결론이다.

중국은 핵무기 보유국이었으나 발전용 원자로 부문에서는 불과 10여 년 전까지만 해도 일천한 수준이었다. 우리나라가 수출을 추진하던 국가가 불과 몇 년 만에 대규모로 원전을 건설하고 자국산(自國産) 원자로형을 갖추어 수출을 추진하고 있는 것이다. 이제부터 중국의 ‘원전굴기’를 구체적으로 살펴보고자 한다.

中의 原電 운영 현황과 전망

중국은 급격한 경제발전에 따른 ‘에너지 수급의 불균형’, ‘화석 연료 이용 증가에 따른 환경오염’, ‘에너지 수송 문제’, ‘에너지 자원의 해외 의존도 증가’ 등의 문제를 겪고 있다. 이를 해결하기 위해 정부 차원의 ‘5개년 에너지 발전계획’을 수립·추진하고 있다. 2018년 현재 중국의 에너지정책은 국가에너지국(NEA)이 2014년 발표한 ‘에너지 발전전략 행동계획(2014~2020년)’과 ‘제13차 5개년 에너지 발전계획(2016~2020년)’에 따라 추진하고 있다.

이에 따르면 비(非)화석연료인 원자력의 비중은 2018년 현재 설비용량 기준 38기 34.6기가와트(GWe)에서 2020년 58기 56.3GWe까지 확대될 전망이다. 2018년 현재 20기를 건설 중이며, 39기 건설을 계획하고 있다. 또한 추가로 100기의 원전 건설이 검토되는 것으로 알려졌다. 향후 건설 계획 중인 원전의 95% 이상은 중국이 지적재산권을 갖는 노형(爐型)인 CAP(China Advanced Passive) 시리즈와 HPR1000(Hualong Pressurised Reactor 1000)을 채택하고 있다. 건설 중인 원전 가운데 고온가스냉각로(HTGR), 소듐냉각고속로(SFR), 그리고 일체형 소형원자로(SMR)도 있다. 이는 중국이 세계 최첨단 ‘미래형 원전’에 안간힘을 기울이고 있음을 보여주는 사례이다.

중국의 에너지 자원은 풍부하지만 1인당 평균 전력 사용량은 4.05메가와트시(MWh)로 우리나라 평균 10.56 MWh의 절반 이하이다. 2016년 기준 중국의 온실가스 배출량은 미국을 초월해 세계 1위이다. 특히 중국 내 전력은 주로 서북(西北)에서 생산되는 반면, 인구밀집 지역인 동남권(東南圈)에서는 대부분의 전력이 소비되면서 전력수송 문제가 발생하고 있다.

이에 따라 석탄 등 자원에 의존하지 않는 발전원을 필요로 하고 있다. 특히 급격한 경제발전으로 인해 전력수요가 증가하면서 해외자원 의존도가 증가하는 것도, 원전개발을 지속적으로 추진해야 할 중요한 이유 중 하나다. 〈지도〉와 같이 동남부 해안이 원전으로 포화할 것으로 예상됨에 따라, 원전을 내륙에 건설하는 방안도 검토되고 있다.

2002년 대규모 전력난 이후, 중국은 전원(電源) 개발에 총력을 기울였다. 그 결과 2015년 기준 총 설비용량은 1525GWe로 2002년 357GWe보다 네 배로, 총 발전량도 5860TWh로 2002년 1654TWh보다 네 배 이상으로 증가했다. 중국의 에너지 정책이 후쿠시마 원전사고를 목도하고도 ‘제12차 5개년 에너지 발전계획(2011~2015년)’과 마찬가지로 ‘2020년까지 58기의 원전가동 목표’를 그대로 제시하고 있는 점도 주목할 만하다. ‘중국의 에너지원별 발전량 실적 및 전망’에서 원자력 발전과 재생 에너지 발전의 비중이 다른 발전원(源)의 비중이 줄어들거나 정체되는 가운데도 급격히 증가하는 것은 ‘자원의존형’ 발전원으로부터 탈피하고자 하는 정책적 노력 덕분이다.

신규 원전 모델로 HPR1000을 선택한 이유

중국의 원자력 정책은 ‘태동기’, ‘성장기’ 그리고 ‘성숙기’의 세 단계로 구분할 수 있다. 각 단계는 군사적 이용, 평화적 이용 그리고 안전성 강화 및 수출 경쟁력 확보라는 시대의 흐름을 정책 기조에 반영하고 있다. 그럼에도 불구하고 원자로 노형 연구개발 전략은 ‘독자개발과 선진기술 도입을 통한 원자로 국산화’라는 일관된 정책 아래 기본 노형인 경수로(PWR)는 물론이고 다양한 노형을 도입·개발하고 있다.

‘태동기(개발 시작)’는 1970년까지에 해당하며 주로 군사적 이용을 목적으로 원자력 연구개발을 추진한 시기이다. 원자로 개발과 관련해 ‘독자개발과 선진기술 도입을 통한 원자로 국산화’ 결정이라는 기본방침을 확정했다. 주요 노형으로 ‘경수로(PWR)’를 채택하면서도 미국, 프랑스, 캐나다, 러시아 등으로부터 다양한 원자로를 도입했다.

‘성장기(적극 개발)’는 2010년까지이며, 냉전시대가 막을 내린 시점이다. 동시에 중국의 개혁·개방 흐름과 경제 활성화를 배경으로 원자력 개발의 목적이 평화적 이용으로 바뀌는 시기였다. 중국은 1983년 농업, 공업, 과학기술, 국방 등 네 개 분야의 현대화를 목표로 ‘경제발전과 과학기술 발전’을 동시에 추진했다. 특히 1990년대 2차 산업이 급성장하면서 중화학 공업기지인 둥베이(東北)지역과 수출산업이 발달한 화난(華南) 지역의 전력수요를 충족시키기 위한 전원 개발 문제가 대두되었다.

‘성숙기(개발 가속)’는 2011년 ‘12차 5개년 에너지 발전계획(2011~2015년)’과 현재 추진되고 있는 ‘13차 5개년 에너지 발전계획(2016~2020년)’, ‘중국 에너지 중장기(2030, 2050) 발전전략 연구’의 내용을 바탕으로 한 2011년부터 2030년까지의 시기에 해당한다. 이 시기에는 후쿠시마 원전사고를 계기로 ‘원자력 안전계획’을 재검토하고, 향후 건설되는 신규 원전은 안전성이 향상되고 수출에도 적합한 HPR1000으로 일원화하기로 했다.

원전 수출 대상국에 특혜도 제공

중국은 2018년 현재 37개국과 원자력협력협정을 체결했다. ‘협력협정’은 일반 ‘협정’에 비해 훨씬 더 구속력이 있다. ‘원자력 강국’으로 거듭나기 위해 ‘13차 5개년 경제·사회 개발계획’ 및 ‘제13차 5개년 원자력 공업 발전계획(2016~2020년)’, ‘중국 제조 2025’에서 원자력 발전 설비 제조를 포함하는 원자력 수출의 방향성을 제시하고 있다. 최근 세계 원자력 시장에서 ‘원자력 수출 주도국’의 판도가 바뀌고 있는 가운데, 중국은 독자 브랜드인 ‘HPR1000과 CAP1400’을 내세워 해외 진출까지 모색하고 있다.

이미 중국은 지난 7월 사우디 원전 수주에서 우리나라, 미국, 프랑스, 러시아와 함께 예비 사업자로 선정되었을 뿐만 아니라, 수출 노형에 있어서도 대형 원전에서 소형 원전, 고온가스로 수출까지 계획하고 있다. 또한 ‘일대일로(一帶一路, One Belt One Road)’와 ‘저우추취(走出去, Going Global)’라는 최고 지도자의 정책적 지원하에 정부 차원의 막대한 자본 지원, 원활한 추진을 위한 체제 개혁 및 수출 전담 기관 설치 등 원자력 수출을 뒷받침하고 있다.

지금까지 중국은 300MW급 CNP300 원전을 수출해 파키스탄 차슈마(Chashma) 1~4호기가 가동 중이었다. 이 밖에 파키스탄 카라치만(Karachi Coastal) 1·2호기는 HPR1000으로 현재 건설이 진행되고 있다. HPR1000으로는 영국 브래드웰B(Bradwell B) 1·2호기, 아르헨티나 아투차(Atucha) 4호기와 파타고니아(Patagonia) 5호기 건설이 계획 중이다. 남아공, 케냐, 이집트, 체코, 태국, 브라질, 우간다 및 사우디, 수단, 이란, 인도네시아 등과는 대형 원전뿐 아니라 차세대 원전인 다목적 일체형 소형원자로(SMR) 및 고온가스로(HTGR) 수출을 적극적으로 추진하고 있다. 이 중 남아공, 케냐, 이집트, 체코, 태국 등과 같이 자국(自國)의 불안정한 정세와 재정 문제로 원전 도입을 결정하지 못하는 국가에 대해서는 산업 인프라 구축, 금융지원 패키지 등을 제시하며 수출 경쟁력을 높이고 있다.

국제 기준엔 못 미친다는 지적도

한편 중국이 독자 개발한 HPR1000 및 CAP1400, SMR, HTGR의 수출은 실현성, 경제성, 안전성 측면에서 수출 상대국의 정세 변화, 건설 경험 부족으로 인한 건설비 상승 가능성, 안전 규제 수준 향상 등이 대응 과제로 남아 있다.

2018년 현재까지 중국은 원전 수출에 많은 국가들과 협상이 진행 중이지만 파키스탄을 제외한 국가들과 실제 건설한 경험이 없다. 재정 확보의 어려움과 정세 변화로 원전 건설을 포기한 국가들을 대상으로 협정을 체결하는 단계이다. 주요 수출 노형인 HPR1000 1기당 건설비는 미국 AP1000, 프랑스 ERP보다 약 1.5~2배 싼 5조원 정도로 책정되어 우리나라와 비슷한 가격 경쟁력을 갖고 있는 것으로 알려졌다. 하지만 실제 건설비는 여러 요인에 따라 높아질 가능성이 크다. 특히 원전의 안전성과 관련해 중국과 원전 사업을 협의 중인 대부분의 국가들이 국제 수준의 GDA(Generic Design Assessment·영국이 실시하는 원자력 설계 인가 절차)를 갖추고 있지 않고 있다. 중국 역시 기술개발 속도에 비해 원자력 품질 관리 및 인·허가 절차 등 원자력 안전과 직결되는 평가 기준이 아직 국제 기준엔 미치지 못한다는 지적을 받고 있다.

SMR, SFR, TWR 등 中의 첨단 원자로 모델

중국은 ‘독자개발과 선진기술 도입을 통한 원자로 국산화’를 원자로 노형 개발전략의 기본으로 삼았다. 주요 노형인 경수로(PWR)는 프랑스와 미국의 선진 원전 기술을 도입해 대형 원전을 대표하는 ‘CAP시리즈와 HPR1000’의 국산화에 성공했다. 그 밖에 다목적 일체형 소형원자로(SMR)를 대표하는 ‘ACP100’ 및 실증로(實證爐) 건설 단계에 들어간 소듐냉각고속로(SFR) 고온가스로(HTGR) 사업, 토륨용융염로(TMSR), 진행파원자로(TWR) 등 다양한 차세대 원자로 개발까지 적극 추진하고 있다. 이에 대해 조금 자세히 살펴보고자 한다.

다목적 일체형 소형원자로(SMR)는 발전 출력이 경수로에 비해 100~300 MW 규모의 소형 원자로로 증기발생기, 가압기, 원자로 냉각재 펌프 등 여러 대로 구성된 주변기기를 하나의 압력 용기에 집어넣은 일체형 원자로이다. 이는 원전의 안전성, 유연성, 다양성을 향상시키고 전력망의 규모가 크지 않은 국가를 대상으로 한 수출, 분산 전원과 분산 투자 시장의 진출을 위해 2010년 CNNC(중국핵공업집단공사)가 개발에 착수했다. SMR은 현재 ACP100으로 구현돼 하이난성(海南省) 창장(長江) 자치구에 건설이 임박해 있다.

소듐냉각고속로(Sodium Fast Reactor, SFR)는 냉각재로 소듐(Na)을 사용하는 원자로로, 플루토늄이라는 핵연료를 생산할 수도 있고 장수명(長壽命) 사용후핵연료 방사성폐기물을 연소시킬 수 있는 원자로이다. 우리나라의 경우 SFR에 대한 연구개발이 20여 년간 표류하고 있으나 중국은 1965년부터 1986년까지 기초연구, 1992년까지 응용연구, 2011년까지 설계・실험・검증의 3단계를 거친 후 실험로, 실증로, 상용로로 이어지는 개발단계에 착수했다. 20MWe 규모의 ‘실험로 CEFR(China Experimental Fast Reactor)은 2000년부터 건설해 2010년 7월 가동을 시작했다.

진행파 원자로(Travelling Wave Reactor, TWR)는 SFR의 일종으로, 경수로(PWR)에서 발생된 사용후핵연료 등을 연료로 사용하며 소듐(Na)을 냉각재로 사용하는 원자로이다. 이는 세계적인 미국의 벤처기업인 ‘테라파워(Terra Power)’가 가장 적극적으로 개발하고 있다. 중국 CNNC는 2015년 ‘테라파워’와 TWR 공동개발을 위한 양해각서(MOU)를 체결하고 2017년 합작회사인 ‘Global Innovation and Nuclear Energy Technology Co., Ltd.’를 설립해, TWR 개발에 본격적으로 참여하고 있다.

20년간 기술 축적한 HTGR 모델

고온가스로(High Temperature Gas-cooled Reactor, HTGR)는 원자로를 고온의 열원(熱源)으로 사용하기 위해 개발되고 있는 원자로로 산업현장에서 발생하는 공정열(工程熱·섭씨 800도가 넘는 초고온)을 제공하거나 원자로를 통해 전력을 생산하는 것뿐 아니라 수소를 생산함으로써 원자력의 활용범위를 넓히는 원자로이다. 중국은 1970년대부터 HTGR 개발을 시작해 실험로 ‘HTR10’이 2000년 가동을 시작했으며 20년간 운영하면서 기술력을 축적했다. 200MWe 규모의 실증로인 ‘HTR-PM 건설은 2012년부터 건설을 시작해 2018년 현재 건설 완료됐으며, 2019년 가동 예정이다. ‘제13차 5개년 에너지 발전 계획(2016~2020년)’은 600MWe 규모의 상용로인 HTR-PM600 건설을 발표했으며, 2022년부터 건설하는 계획이 구체화되고 있다.

토륨용융염로(Thorium Molten Salt Reactor, TMSR)는 토륨이 중성자를 흡수하면 우라늄 233이 되어 핵연료를 생산해 내는 원자로이다. 중국은 1971년 이미 5MWe 규모의 원형로를 개발해 제로 출력임계 달성에 성공했으나 연구를 중단했다가 2011년부터 TMSR 프로젝트를 재개했다. 2017년 기준 10MW 규모의 실험로 TMSR-SF1의 예비설계가 완료되었으며, 2018년에는 2MW 규모의 실험로 TMSR-LF1의 개념설계를 완료할 예정이다.

초임계압수냉각로(Supercritical Water Cooled Reactor, SCWR)는 물의 임계점(374℃, 22.1MPa) 이상에서 운전되는 고온·고압의 원자로로, 물을 냉각재로 사용함으로써 효율을 향상시킨 원자로이다. 중국은 2003년부터 SCWR 개발을 시작했고 2014년에는 1000MWe 규모의 SCWR ‘CSR1000’에 관한 기초기술 연구를 완료하고, 2017년부터 예비 개념설계를 시작했다.

중국은 이와 같이 세계에서 사용되는 거의 모든 종류의 원자로 노형에 막대한 자금을 지원하면서 개발에 참여하고 있다. 가압경수로에만 집중적인 노력을 기울이고 있는 우리나라와 달리 중국은 기술적 다양성을 추구하고 있어 향후 엄청난 성장 잠재력을 키우고 있다.

中 원자력, 한국의 기술력 위협

중국은 경제발전에 따른 전력수요 증가, 미세먼지와 이산화탄소에 의한 대기오염, LNG 등 에너지 해외의존도 증가, 전력의 생산지와 소비지의 불일치에 따른 송전(送電)문제 등을 극복하기 위해 원자력과 재생에너지 발전을 중요한 비화석 에너지원으로 분류하고 이들을 확대하기 위한 정책을 추진하고 있다.

태양광과 풍력과 같은 재생에너지는 여전히 전력생산 단가가 높아 보조금 지원을 필요로 한다. 자연조건이 허락되지 않는 경우 발전이 불가능하고 간헐성 등 기술적으로 극복할 요소가 많아 당분간 원자력발전의 확대는 필연적인 것으로 보인다. 현재 41기가 운영 중이나 20여 기가 추가 건설 중이고 100기 이상이 계획 중이기 때문에 조만간 미국을 넘어서는 세계 최대의 원전대국이 될 것이다.

게다가 원자력 굴기(崛起)라는 국가정책을 통해 불과 10여 년 만에 기술력을 습득하고 원전 수출까지 진전시키고 있다. 특히 원전수출에 있어 재원조달(Financing)이 차지하는 엄청난 비중을 감안하고, OECD 국가가 아닌 중국의 막대한 자본력을 고려했을 때, 우리가 가지는 약간의 기술적인 우위는 쉽게 무너질 것으로 보인다.

게다가 중국은 핵보유국으로, 군수산업의 영역을 확보하고 있으며 동시에 미래형 원전개발에 대한 노력에 막대한 재원을 투입하면서 상상할 수 있는 거의 모든 원자로 노형에 대한 연구를 추진시키고 있다. 이에 따라 패기 있는 젊은 연구자와 공학자가 원자력의 일자리를 차지하게 되면서 지금까지 추진해 온 것보다 더 많은 발전이 가능할 것으로 전망된다. 중국 경제 수준의 향상으로 전력소비가 우리나라의 수준으로 두 배 이상으로 증가한다면, 중국은 지금 계획하고 있는 원전의 두 배 이상 증설에 나설지도 모른다.

시대의 흐름 逆行하는 탈원전 정책

결과적으로 중국의 ‘원전굴기’는 이미 완성된 셈이다. 원전 건설은 수십조에서 수백조가 투입되는 국가적인 종합건설 산업이다. 원자력 기술을 토대로 중공업, 토목, 건축, 화공 등 거의 모든 기술 분야가 망라된다. 자국(自國) 원전이 수출되면 이에 따라 핵연료 등 각종 부품이 원전 운영기간 동안 지속적으로 수출되고 각종 기술지원 등을 통한 부가적인 수출이 가능하다. 이 때문에 시장을 선점하는 것이 매우 중요하다. 이 중요한 시기에 우리나라는 탈원전 정책을 추진하면서 몇 년간 원전 건설을 중단시켜 원전부품 공급망을 붕괴시키고, 대외(對外)신인도를 떨어뜨리고 있다. 이렇듯 시대의 흐름을 거스르는 것이다. ‘원전 수출길’을 막는 우리나라의 탈원전 정책이 훗날 역사의 어떤 평가를 받을지 궁금해진다.⊙

*이 글을 작성하면서 한국원자력연구원 윤성원, 한준규, 김연종 연구원이 발간한 원자력정책 〈Brief Report(2018년호)〉를 비롯해 국제원자력기구(IAEA)와 세계원자력기구(WNU)의 자료 등을 인용했다.