원전 르네상스·SMR

원전 르네상스·SMR: AI 시대가 불러온 핵에너지의 귀환

개요: AI 데이터센터가 촉발한 전력 위기

2022년 ChatGPT 출시 이후 생성형 AI가 폭발적으로 확산되면서 글로벌 전력 수요가 예측을 크게 초과하고 있다. 구글·마이크로소프트·아마존·메타 등 빅테크 기업들의 AI 데이터센터는 기존 일반 서버팜 대비 5~10배에 달하는 에너지를 소비한다. 미국 에너지정보청(EIA)에 따르면 2028년까지 데이터센터 전력 소비는 현재의 두 배 이상으로 늘어날 전망이다. 태양광·풍력 같은 재생에너지는 날씨와 시간에 따라 발전량이 들쭉날쭉해 24시간 무중단 운영이 필요한 데이터센터에 적합하지 않다. 이 맹점을 원자력이 파고들면서 '원전 르네상스'가 시작됐다.

SMR이란 무엇인가

소형모듈원전(SMR, Small Modular Reactor)은 출력 300MW(메가와트) 이하의 소형 원자로를 공장에서 모듈 형태로 제작해 현장에 설치하는 차세대 원전 기술이다. 기존 대형 원전(1,000~1,600MW급)과 비교할 때 다음과 같은 특징이 있다.

• 모듈화 제조: 공장에서 규격화된 부품을 생산하고 현장 조립만 진행해 건설 기간이 5~7년에서 2~3년으로 단축된다.
• 소규모 입지: 부지 면적이 기존 원전의 1/10 수준으로, 도심 인근 및 산업단지 설치가 가능하다.
• 수동 안전 시스템: 외부 전원이 끊겨도 물리적 원리(중력·대류)만으로 냉각이 유지되는 고유 안전 설계를 적용한다.
• 확장성: 전력 수요에 따라 원자로를 추가 연결(스택)해 출력을 유연하게 조정한다.

대표적인 SMR 설계로는 미국 NuScale의 VOYGR, TerraPower의 Natrium(나트륨 냉각), X-energy의 Xe-100(가스 냉각 페블베드), 영국 Rolls-Royce SMR 등이 있다.

빅테크의 원전 직접 투자 러시

빅테크 기업들의 원전 계약은 2024~2025년을 기점으로 본격화됐다.

마이크로소프트: 2024년 9월 Constellation Energy와 20년, 약 160억 달러 규모의 전력구매계약(PPA)을 체결했다. 대상은 1979년 사고 이후 운전이 정지됐던 스리마일 아일랜드(TMI) 1호기다. Constellation은 1조 2,000억 원(10억 달러) 규모의 미국 에너지부 대출을 확보했으며, 원자로는 '크레인 청정에너지센터'로 재명명되어 2027년 재가동 예정이다.

구글: Kairos Power와 2030년부터 500MW 용량의 SMR 전력을 공급받는 계약을 체결했다. 미국 기업 최초의 SMR 포트폴리오 계약이다.

아마존(AWS): Talen Energy와 17년간 1.92GW 규모의 펜실베이니아 서스퀘하나 원전 PPA를 체결했으며, 총 200억 달러 이상을 투입해 부지를 AI 캠퍼스로 전환할 계획이다.

메타: 2026년 1월 Oklo와 손잡고 오하이오 파이크 카운티에 Aurora Powerhouse SMR 16기, 총 1.2GW 규모의 전력 캠퍼스 구축 계약을 체결했다. 2030년 첫 가동이 목표다.

국제원자력기구(IAEA)는 2025년 기준 전 세계에서 22GW 이상의 원전 개발 프로젝트가 진행 중이라고 밝혔다.

한국의 기회: K-원전 수출과 SMR 국산화

한국은 APR1400 대형 원전 기술로 2009년 UAE 바라카 원전(총 5.6GW, 4기) 수출에 성공한 경험이 있다. 이를 발판으로 유럽 원전 시장 진출도 가시화됐다.

체코 원전 수주: 한수원(한국수력원자력)은 두코바니 지역 APR1000 2기 수주전에서 승리했다. 계약 규모는 24조 원(약 175억 달러)으로, 유럽 최초의 한국형 원전 수출이다.

폴란드·기타 유럽: 폴란드, 루마니아, 네덜란드 등이 원전 신규 건설 또는 수명 연장을 검토 중이며, 한국은 추가 수주를 노리고 있다.

SMR 국산화 — i-SMR: 한국원자력연구원이 개발 중인 혁신형 소형 모듈 원자로(i-SMR)는 170MW급으로, 2030년대 초반 상용화를 목표로 한다.

두산에너빌리티의 글로벌 파운드리 전략: 두산에너빌리티는 TerraPower, X-energy, NuScale 등 미국 SMR 기업들의 핵심 주기기(원자로 압력용기, 증기발생기)를 제작하는 '글로벌 SMR 파운드리' 역할을 추구한다. 2025년 12월 X-energy의 Xe-100 16기 분량 핵심 단조품 공급 계약을 체결했으며, 창원 공장에 8,068억 원을 투자해 2028년 완공 예정의 SMR 전용 생산라인을 구축 중이다. 2026년 예상 매출은 16조 9,000억 원, 영업이익 1조 1,680억 원에 이를 전망이다.

삼성물산: 삼성물산은 SMR 관련 인프라 EPC(설계·조달·시공) 분야에서 글로벌 프로젝트 수주를 확대하고 있다.

안전성 논쟁: 체르노빌·후쿠시마의 교훈

원전에 대한 가장 큰 우려는 방사성 물질 누출 사고다. 1986년 체르노빌 사고는 구소련식 흑연 감속로의 설계 결함과 안전 절차 위반이 복합적으로 작용한 결과였다. 2011년 후쿠시마 사고는 설계 기준을 초과한 쓰나미로 냉각 시스템이 전부 손상된 극단적 사례였다.

현세대 원전과 SMR은 이러한 교훈을 설계에 반영했다. SMR의 수동 안전 시스템은 외부 전원 없이도 72시간 이상 냉각이 가능하며, 노심 손상 확률이 기존 원전 대비 100분의 1 수준이다. 다만, 방사성 폐기물 처리·장기 보관 문제와 핵 비확산 우려는 여전히 해결 과제로 남아 있다.

경제성: 건설비 vs 재생에너지

SMR의 최대 약점은 초기 건설 비용이다. 현재 SMR의 균등화발전원가(LCOE)는 MWh당 80~130달러로, 태양광(30~50달러), 육상풍력(30~60달러)보다 높다. 그러나 재생에너지는 에너지저장장치(배터리) 비용을 합산하면 격차가 좁혀진다. 또 원전은 수십 년간 안정적 공급이 가능하고, AI 데이터센터처럼 높은 전력 밀도와 24시간 가동을 요구하는 수요처에는 경제적으로 더 유리하다는 평가가 늘고 있다. 대량 생산을 통한 모듈화가 진전될수록 SMR 비용도 하락할 전망이다.

전망

국제에너지기구(IEA)와 세계원자력협회(WNA)는 2050년 넷제로(탄소중립) 달성을 위해 현재 원전 설비 용량을 세 배 이상 늘려야 한다고 분석한다. 글로벌 SMR 시장은 2035년 약 150조 원 규모로 성장할 것으로 예측된다. 한국은 대형 원전 설계·시공 역량과 두산에너빌리티의 제조 인프라를 바탕으로 이 시장에서 핵심 플레이어로 자리매김할 잠재력이 크다. AI가 원전 르네상스를 촉발했고, 원전 르네상스는 한국 원전 산업에 새로운 성장 엔진을 제공하고 있다.