원자력 발전은 미국, 소련(우크라이나), 일본에서 3번의 큰 사고를 겪으면서 해체되어야 할 위험한 발전 방식이라는 ‘정치적 공격’의 대상이 되어왔다.
하지만 최근 이러한 문제점을 해소할 SMR 기술 개발과 함께,
탄소중립 달성, AI 데이터 센터 운용상 안정적 전력 수급 필요성으로 인해 조만간 원전 산업은 다시 전성기를 맞게 될 가능성이 높다고 생각한다.
국내적으로는 과거 문재인 정부 시기 급진적 탈원전 정책을 추진했던 트라우마로 인해
12.3일 계엄 선포에 이은 정권교체 가능성이 대두되면서 원전 밸류체인 기업들 주가가 급락했다.
하지만 이재명 대표는 ‘실용주의’ 노선을 지속해오고 있다.
과거와 달리 전세계적으로 원자력 발전이 탄소중립 달성을 위해 필요하다는 공감대가 형성되어,
문재인 정부 시기처럼 급진적인 탈원전 정책이 추진되기도 어렵다.
만약 탄핵 확정, 대선 국면으로의 전환 시기에 정권교체 우려로 원자력 발전 밸류체인 기업들 주가가 급락한다면 좋은 매수 기회가 될 것이라고 생각한다.
원자력 발전 밸류체인의 이해
원자력 발전 원리
원자력 발전은 우라늄 핵분열에서 열을 발생시켜 만든 증기로 터빈을 돌려 전기를 생성한다.
원자핵은 작지만 여러 개의 양성자와 중성자가 뭉쳐져 원자 전체의 99.99% 질량을 차지하는데,
이렇게 뭉치는 힘을 ‘핵력’이라 하며, 전자기력보다 강한 힘이다.
양성자와 중성자 결합이 변하면 결합시키던 힘이 방출되는데, 이를 핵에너지, 원자력이라 한다.
우라늄 235가 중성자를 흡수하면 핵이 분열되며 에너지를 방출하고, 새로운 중성자가 생성된다.
새로운 중성자가 다른 원자핵과 반응하여 새로운 핵분열을 일으키고,
연쇄반응이 반복되면서 에너지가 생성된다.
우라늄은 자연상태에서 우라늄 238이 99.3%를 차지하나,
우라늄 238은 중성자를 흡수하기 때문에 연쇄반응이 필요한 발전에 부적합하다.
핵분열 연쇄반응을 일으키는 우라늄 235는 0.7% 정도인데,
연료로 사용하기 위해서는 이를 3~5%로 농축시켜야 한다.
원자력 발전 전후 과정
우라늄 광석을 가공해 핵 연료를 제조하는 과정을 선행 핵연료 주기라고 한다.
우라늄 광석(함량 0.1~10%)을 상업적으로 가치있는 옐로케이크 형태의 정광으로 정제하고,
육불화우라늄으로 변환 과정을 통해 우라늄 235 농도를 3~5%까지 높이고,
최종적으로는 이산화우라늄으로 변환하고 피복관에 밀봉하여 핵 연료봉을 만든다.
사용된 핵 연료를 인출하여 최종처분하는 과정을 후행 핵연료 주기라고 한다.
사용 직후 방사성 물질이 남은 고준위 방사성 폐기물은 냉각을 위해 수조에 저장된다.
이후 방사능과 열이 감소하면 건식 저장 시설에 장기 보관한다.
재처리 이후 재사용 가능한 물질은 회수, 나머지는 최종 처분장에 안정적으로 격리한다.
원자력 발전 유형
가압경수로(pwr : Pressurized water reactor)는 경수를 냉각재/감속재로 사용하는 원자로로, 경수가 끓지 않게 150기압의 고압을 유지한다.
두 개의 냉각회로로 구성되어 방사성 물질이 터빈에 도달하지 않아 안정성이 높고,
세계 원자력 발전소 60% 이상이 이방식을 채택하고 있으나,
건설비가 많이 들고 대량의 냉각수가 필요하다.
비등경수로(bwr : Boiling water reactor)는 냉각재/감속재로 사용된 경수가 직접 원자로 내에서 끓어 생성된 증기로 발전하는 방식이다.
단일 냉각 회로를 갖고 있어 구조가 단순하고 건설비가 저렴하며 소규모 발전에 적합하다.
하지만 방사성 물질이 포함된 증기가 터빈을 통과하므로 방사능 관리가 필요하다.
중수로(hwr : heavy water reactor)는 중수를 냉각재/감속재로 사용하며, 자연 우라늄을 연료로 사용한다.
가동중 연료를 교체할 수 있다는 장점이 있으나,
초기 건설비가 많이 들고 중수의 관리가 필요하다는 단점이 있다.
고속증식로(FBR : Fast breeder reactor)는 나트륨 등 액체 금속을 냉각재로 사용한다.
고속 중성자를 사용하여 플로투늄 239를 생성하는 방식으로 연료를 증식시킬 수 있다.
감속재가 불필요해서 연료 효율이 극대화되며, 방사성 폐기물도 감소한다.
하지만 설계가 복잡하며 나트륨 반응으로 인한 안전성 문제도 있다.
용융염원자료(MSR : molten salt reactor)는 액체 상태의 용융염을 냉각재/연료로 사용하는 방식이다.
고온으로 운전하며 저압으로 안전성을 보장하는 특징이 있다.
핵 연료를 연속적으로 추가/제거할 수 있는 장점이 있으나,
금속 부식 위험, 설계/운영의 기술적 복잡성이 단점이다.
토륨원자로(TBR : Thermal breeder reactor)는 토륨 232를 연료로 사용하고, 이를 우라늄 233으로 변환하는 방식이다.
토륨은 매장량이 풍부하고 연료 효율이 높다.
하지만 상용화가 미비하며 R&D 비용이 소요된다.
고온가스 원자로(HTGR : high temperature gas-cooled reactor)는 헬륨을 냉각재로 사용하여 초고온 운전이 가능하다.
고효율 발전을 할 수 있고 수소가 생산된다.
하지만 초기 비용이 많이 들며, 기술 개발이 필요하다.
주요 BM 및 관련 기업
원자력 밸류체인은 핵연료, 설계, 기기제조, 시공, 운영, 해체/관리 여섯 단계로 크게 구분할 수 있다.
두산에너빌리티 : 기기제조(주기기)
원자력/가스 발전 주기기를 생산하는 회사로, 특히 SMR 설계사로부터 주기기 수주가 기대된다.(글로벌 SMR 설계업체는 80여개인데 비해 원자로 제작사는 7개사에 불과, 두산에너빌리티는 NuScale, X-Energy 등 SMR 개발사 지분을 보유)
한전기술 : 설계
SMR 설계에 대한 R&D 과제에 공동 참여하고 있어 기술료 수익이 기대된다.
또한, 원전 계통을 설계하는 기업으로서 납기와 가격경쟁력을 무기로 K-원전이 수주를 확대해나갈수록 설계 매출이 증가할 것으로 예상된다.
비에이치아이 : 기기제조(보조기기)
폐열을 회수하여 에너지 효율을 높여주는 배열회수보일러(HRSG : Heat Recovery Steam Generator) 시장 내 압도적 지위를 보유하고 있는 기업이다.
또한, 글로벌 원자력 발전소 건설 증가에 따라 발전기에서 나오는 부산물을 처리하여 재사용하거나 처분하는 기능을 하는 원전 보조기기(BOP : Balance of Plant) 매출 증가 수혜가 예상된다.
한전KPS : 운영
한전KPS는 원전을 정비하는 사업을 하고 있다.
원전 계속운전, 신규원전 건설로 원전 설비가 늘어나면 안정적 성장이 기대된다.
산업의 성장성
원전 기술 개발의 역사
현재 원전 운영 상위 국가인 미국, 중국, 프랑스, 러시아, 일본, 한국 등이 원전 건설, 기술 개발을 선도하며 다른 국가로도 원전 기술을 수출하고 있다.
’79년 미국 스리마일섬 원전 사고, ’86년 우크라이나 체르노빌 원전사고, ’11년 일본 후쿠시마 원전사고로 인해 막대한 인적/경제적/환경적 피해가 발생하며,
방사능 오염 가능성으로 신규 건설이 감소하고 원전이 급격히 폐쇄되는 등 쇠퇴하는 추세였다.
하지만 ‘22.2월 EU 총회에서 원전을 기후위기 대응 수단으로 친환경 에너지에 포함하도록 기준(그린 택소노미) 개정을 결정하였다.
또한, 러우전쟁에 의해 천연가스, 석탄, 석유 등 인플레이션이 촉발되어 에너지 안보 측면의 중요성이 높아지고 있으며,
AI로 인해 빅테크간 연산 능력 확보를 위한 경쟁이 심화되면서 전력 초과수요가 심화되고 있다.
미국은 초당적 인프라법, 인플레이션 감축법 등을 통해 원전산업을 제도적으로 지원하고 있으며,
트럼프도 기존 원전 이용 확대, 선진 원자로 개발 등을 Agenda 27이라는 2기 공약 패키지에 포함하였다.
유럽에서는 독일 외에 프랑스, 영국, 스웨덴 등 국가가 신규 원전 건설, SMR 투자를 발표했다.
국내의 경우 문재인 정부 원전해체 정책에서 탈피하여 윤석열 정부가 원전 생태계 복원을 위해 신한울 3, 4호기 건설 재개 및 계속 운전을 추진해 ’30년까지 원전 비중을 30% 이상 확대한다는 비전을 밝혔다.
원전의 경제성, not LCOE, but adjusted LCOE
신재생 발전이 원자력보다 LCOE가 낮아 미국 내 투자가 증가하는 추이이다.
하지만 태양광/풍력 자원이 풍부한 곳과 데이터센터 등 주요 전력 수요지가 일치하지 않으며,
미국은 전력망이 분할되어 있기 때문에 대체 발전원을 건설할 때는 전력망 구축 비용과,
간헐성을 보완하기 위한 ESS 설치 비용이 함께 고려되어야 한다.
24년 기준 LCOE는 원자력 $182/MWh, 태양광 $61/MWh, 풍력 $50/MWh인 반면,
전력망, ESS 비용을 포함할 경우 태양광 $153/MWh, 풍력 $177/MWh로 비슷한 수준이 된다.
원자력 발전 증설 계획
현재 건설중인 원전 건설이 끝나면 현재 발전용량 대비 20% 증가가 전망된다.
SMR, 새로운 길을 제시하다
SMR은 300MWe 이하의 소형 원자로로, 1,000~1,500MWe 이상의 대형원전보다 발전 용량은 작으나 안정성, 경제성, 유연성에서 단점을 보완하고 있어 원전산업 신성장동력이 되고 있다.
SMR은 자연적으로 냉각이 이뤄지는 ‘피동형 안전설계’를 채택하고 있어 사고 발생가능성이 크게 낮아졌으며, 사고 가능성을 나타내는 핵심 지표인 노심손상빈도가 기존 원전 대비 1/3,000으로 감소하였다.
또한, 표준화, 단순화된 설계를 기반으로 기존 원전 대비 건설비용, 공사 기간, 대량생산 측면에서 경제성을 확보하였다.
또한, SMR은 대형 원전에 비해 유연성이 높아 다양한 산업적 수요, 전력망 환경, 사회적 수용성 측면에서 적합성이 높다.
특히, 대형원전의 안전 지역이 16km로 설정된 데 비해 SMR은 노형과 부지 특성에 따라 200~300m로 축소할 수 있어 규제적 유연성을 확보하였다.
원전처럼 대규모 기술 프로젝트는 첫 프로젝트(FOAK : First of a kind) 대비 반복 건설, 운영(NOAK : Nth of a kind)에서 학습 경험과 데이터로 비용 절감, 효율성 증가가 일어난다.
이에 따라 신재생 에너지 대비 LCOE가 낮아질 것으로 전망되고 있다.
빅테크는 데이터센터 운용에 따른 전력 수요 증가, 탄소 배출 증가에 대응하기 위해 해법으로 SMR을 선택하는 경우가 늘어나고 있다.
데이터센터는 24시간 대용량 전력을 필요로 하며, SMR은 모듈적 특성으로 용량 조절이 가능하고, 입지적 제약이 덜하기 때문이다.
Nuscale은 SMR 분야 선두주자로서 기술개발에 박차를 가하고 있으며,
한국의 경우 SMART100 노형을 통해 표준설계인가를 획득하고 사우디/캐나다 등 수출 가능성이 검토되고 있다.
원전 계속사용
원전은 노후화되더라도 사고 위험이 높아지지 않으며, 초기 건설비용이 소요되지 않기 때문에 발전 단가가 낮아진다.
결국 주요 원전 운영국들은 계속 운전을 적극 도입하는 추세이며,
한국 원자력안전위원회도 계속운전 평가 주기를 현행 10년에서 20년으로 확대하는 방안을 검토하고 있다.
방사성 폐기물 처리
계속 운전 원자력 발전소가 증가하면서 폐기물 저장소가 포화되고 있다.
방사성 수준이 자연 방사선 수준으로 감소하기 위해서는 10만년이 소요되기 때문에 설계수명이 10만년이 되어야 하며 주민들과의 합의도 중요하다.
K-원전의 경제적 해자
K-원전 브랜드가치
원전 계약에서 중요한 경쟁력은 정부간 외교/안보적 지원, 자본조달 능력, 경제성, 공급망 확보 및 관리능력이다.
한국 방산 밸류체인의 점유율이 높아지면서 원전 또한 패키지로 수출이 이뤄지는 경우의 수가 증가하고 있으며,
‘24.7월 경제외교 지원용 K-Finance Package 개발을 통해 원전/방산/인프라 등 전략 자산 해외 수출을 위해 85조원의 공적 금융을 지원하기로 하여 원전 자본조달 경쟁력도 강화될 것이다.
공급망/관리 측면에서도 한국은 안정적 시스템을 마련하여 산업 경쟁력을 유지하고 있다.
이는 한국 원전 밸류체인의 수직계열화 때문에 가능하다.
우월한 생산 프로세스
경제성 측면에서도 순 건설비가 낮고 적기 준공 능력이 검증되어 강점을 보유하고 있다.
미국 내 원전의 경우 한국 밸류체인의 건설비를 반영하면 LCOE가 $182/MWh에서 $55/MWh로 감소하게 되어 발전비를 크게 절감할 수 있다.
규제, 승인
2010년대 중국, 러시아 위주로 원전 건설 점유율이 높아져 왔었으나,
서구권 국가들의 에너지 안보 주의 수준이 올라가고 있으며,
이에 따라 민주 국가들 위주로 구성된 원전 밸류체인 회복이 중요한 정책목표가 되었다.
이에 따라 민주 진영에 포함되어 있는 한국이 체코, 폴란드, UAE, 네덜란드, 영국 등 다수 국가에서 수주 환경이 유리해지고 있다.
밸류에이션 : 정치 리스크로 한국 원전 산업 저평가
12.3일 계엄 사태 이후 정치 리스크로 급락했던 주가가 다시 꽤 회복했다.
민주당은 원전을 죽이려고 할까?
전세계적으로 신재생 에너지만으로는 탄소중립 달성이 불가능하다는 공감대가 형성되고 있는 가운데 22년 EU 택소노미가 개정되는 등 탈원전의 명분이 줄어들고 있다.
이런 가운데 최근 예산 편성 과정에서 민주당 내부의 탈원전 기조 변화가 감지되고 있다.
’24년 원전 생태계 정상화와 관련된 예산은 정부안보다도 소폭 증가하였다.
2024년 원전 예산 통과, 민주당의 변화하는.. : 네이버블로그
금투세 폐지 과정에서도 나타났듯이 이재명 대표의 기조는 ‘실용주의’이다.
신재생발전의 간헐성, 포기할 수 없는 AI CAPEX, 탄소 중립 달성 필요성을 감안하면 원전 증설은 피할 수 없는 선택이다.
이런 점에서 우리가 보유한 원전 기술을 죽이는 것보다 오히려 잘 활용해서 우리가 국부를 창출할 무기로 사용하는 것이 합리적이라는 것을 잘 알 것이다.
탈원전을 정치적으로 활용하기 좋았던 것은 다른 나라들이 다같이 탈원전을 주장할 때였으며,
독일을 제외한 어느 나라에서도 탈원전을 주장하지 않는다.
특히 AI의 보편화와 전력수요 폭증 이후에는 더욱 그렇다.
물론 문재인 정부의 일방적 탈원전 정책 추진의 트라우마가 남아 실제 정권 교체가 확정되는 시기에 주가가 하락할 가능성은 있으나,
그런 일이 일어난다면 오히려 자신감을 갖고 매수하는 계기로 활용할 수 있다고 생각된다.
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