원자력 발전의 작동 원리와 장단점
- 개요
- 원자력 시대 개시
- 원자력 발전의 작동 원리
- 원자력 발전 장점
- 원자력 발전 단점
개요
1942년 12월에 이탈리아 태생의 물리학자 엔리코 페르미가 핵분열 연쇄반응의 핵심을 발견했습니다. 이후, 1954년 6월에는 소련 러시아에서 세계 최초의 상업적인 원자력발전소인 오브닌스크(OBNINSK)가 가동을 시작했습니다. 이 발전소는 흑연감속형원자로로서 5MW의 전력을 공급할 수 있었습니다. 그 후 1956년 10월에는 영국에서 CALDER HALL-1이 가동되었습니다. 이것은 기체냉각형원자로로 설계되었으며, 60MW의 전력을 공급할 수 있었습니다. 미국에서는 이와 유사한 원자로 모델인 SHIPPINGPORT가 1957년 12월에 상업 운전을 시작했습니다. 이는 가압경수형원자로로 설계되었고, 100MW의 전력을 공급할 수 있었습니다.
원자력시대 개시
우리나라도 원자력 발전에 관심을 가지게 되었고, 1962년 3월에는 TRIGA MARK-2 연구용 원자로(열출력 100KW)가 가동되었습니다. 그 후 1978년 4월에는 고리(古里)1호기가 최초로 상업 운전을 시작했습니다. 이것은 가압경수형원자로로 설계되었고, 587MW의 전력을 공급할 수 있었습니다. 이를 통해 대한민국은 본격적인 원자력시대를 열었습니다. 이러한 원자력 발전소들은 전 세계적으로 에너지 공급에 있어서 중요한 역할을 하고 있습니다.
원자력발전의 작동 원리
원자력 발전의 원리는 매우 효율적이며 복잡한 과정으로 이루어집니다. 먼저, 핵분열로 인한 열에너지를 얻기 위해 우라늄 핵 연료를 사용합니다. 이러한 핵분열 반응은 원자로라 불리는 장치에서 발생합니다. 우라늄 핵으로 중성자를 충돌시킴으로써 이 반응을 유발합니다. 이 과정에서, 핵분열이 일어나면 엄청난 양의 열이 발생합니다. 이 열은 주변의 물을 끓이고, 뜨거운 증기를 생성합니다. 이 증기는 고압 터빈을 통해 흐르고, 터빈은 회전력을 발생시킵니다. 이 회전력은 발전기를 작동시켜 전기를 생산합니다.
원자력 발전 장점
원자력 발전 방식은 다른 발전 방식에 비해 초기 건설 비용이 높습니다. 그러나 연료 비용이 월등히 저렴하기 때문에, 발전소의 긴 수명 동안 볼 때 발전 비용이 가장 적게 들게 됩니다. 발전원별 경제성을 평가하는 한 가지 방법은 발전원가를 비교하는 것입니다. 발전원가는 건설 비용을 포함한 고정 비용, 연료 비용 및 운영 유지 비용을 고려하여 계산됩니다. 원자력 발전원가에는 수명 후 발전소 처리 비용, 사용 후 연료 처리 비용 및 방사성 폐기물 처분 비용도 함께 고려됩니다. 국내 발전소의 1991년부터 1993년까지 3년간의 운영에 따른 발전원별 발전원가 분석 결과, 원자력은 24.17원/kWh, 유연탄은 29.47원/kWh, 석유는 35.53원/kWh, LNG는 35.93원/kWh 수준으로 나타났습니다. 원자력 발전의 경우 건설 비용은 비교적 많이 들지만 연료 비용은 적게 듭니다.
향후 고속 증식로와 핵 융합로의 기술이 발전하여 실용화된다면, 우라늄 자원을 재활용할 수 있는 가능성이 열립니다. 이로써 우라늄 고갈 문제에 대한 우려가 줄어들게 됩니다. 게다가, 원자력 발전은 화석 연료를 태울 때 발생하는 이산화탄소, 아황산가스, 질소산화물 등의 유해 물질을 방출하지 않습니다. 이는 온실효과나 산성비로 인한 생태계 위협 요소들을 제거하는 데 도움이 됩니다. 따라서 지구 환경을 보존하는 측면에서도 원자력 발전은 효과적입니다. 더불어, 원자력 발전은 기술의 특성상 최첨단 기술이 종합되어야 하는 기술집약형 발전 방식입니다. 이는 과학 및 관련 산업의 발달을 크게 촉진시킬 수 있는 장점을 가지고 있습니다.
원자력 발전 단점
원자력 발전의 단점은 다양한 측면에서 발견됩니다. 발전과정에서 필연적으로 발생되는 방사선 및 방사성 폐기물은 지구환경과 인체에 매우 치명적인 독성을 가지고 있습니다. 원자력 발전소에서 발생하는 안전사고는 지구적인 재앙을 초래할 수 있습니다. 예를 들어, 구 소련의 체르노빌 발전소 사고와 미국의 스리마일 섬 발전소, 일본의 후쿠시마 발전소 사고는 원자력 발전의 위험성을 명백히 보여주는 사례입니다.
따라서, 핵발전소의 안전 관리를 위한 기술 개발은 계속되어야 합니다. 또한, 발전 후에 핵폐기물을 안전하게 관리하고 처리·처분해야 하기 때문에 필수적인 안전장치 설치에 따르는 추가 비용이 발생합니다. 또한, 독성이 강하고 수명이 긴 고준위 방사성 폐기물(사용 후 핵연료)을 장기간 안전하게 관리해야 하는 점 등이 단점으로 지적될 수 있습니다. 이러한 문제들은 원자력 발전의 지속가능성과 안정성에 대한 고려를 필요로 합니다.
