SMR 냉각 시스템, 냉각제의 중요성

SMR에 냉각 시스템이 중요한 이유, 기존 원자력 발전소 냉각과 다를까?

기존 대형 원자로의 냉각 시스템을 SMR에 적용하는 것은 기술적으로 가능하지만,

SMR의 설계 목표와 특성에 부합하지 않는 여러 제약이 존재합니다.

기존 시스템을 사용하는 데는 장점과 한계가 모두 있으므로, SMR의 특성을 고려한 설계가 더 적합한 경우가 많습니다.

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기존 냉각 시스템의 특징

1. 사용되는 냉각제:
   • 대부분의 기존 대형 원자로는 경수(물)를 냉각제로 사용.
   • 경수는 검증된 기술로 경제적이며 높은 열전도성을 제공.
2. 경수 냉각의 특징:
   • 강제 순환 시스템: 펌프를 사용해 냉각수를 순환.
   • 외부 전원이 필요하며, 정전 시 사고 위험 증가.
   • 큰 공간이 필요함
   • 체계적인 관리가 필요함

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기존 냉각 시스템을 SMR에 적용할 경우의 장점

1. 검증된 기술 활용: 경수 냉각은 안정성과 신뢰성이 입증된 기술.
2. 개발 비용 절감: 새로운 냉각제나 기술 개발 없이 기존 기술 재사용 가능.
3. 운영 경험 활용: 기존 원자로에서 축적된 운영 및 유지보수 경험을 SMR에서도 활용 가능.

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SMR에서 기존 냉각 시스템이 적합하지 않은 이유

1. 패시브 안전성이 필수적

• SMR를 상용화하기 위해선, 여러개를 운용해야함. 기존 대형 원자로처럼 지속적으로 관리가 필요한 냉각 시스템을 적용할 경우 문제가 발생할 가능성이 높음. 여러개를 운용하기 위해 전원 없이 자연 순환 방식으로 냉각을 유지하는 패시브 안전 설계를 채택해야 하지만, 기존 시스템은 이러한 설계에 적합하지 않음.

2. 소형화 제약

• 기존 원자로의 냉각 시스템은 대형 설비를 전제로 설계됨.
• SMR의 소형화된 구조에 적합하지 않아 설계 효율이 저하될 가능성이 있음.

3. 효율성 한계

• 기존 냉각제(경수)는 고온에서의 효율성이 낮음.
• SMR은 고온 작동 기술을 활용해 수소 생산과 해수 담수화와 같은 부가적 응용을 목표로 하는데, 기존 냉각제가 이를 지원하기 어려움.

4. 설계 유연성 부족

• 기존 냉각 시스템은 모듈형 설계와의 적합성이 낮아, SMR의 장점인 유연성과 확장성을 저해할 수 있음.

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결론

기존 원자로의 냉각 시스템은 안정성과 경제성을 바탕으로 검증된 기술이지만,

SMR의 소형화, 패시브 안전성, 고온 작동 효율성, 설계 유연성 등의 특성을 충족하기에는 한계가 있습니다.

SMR의 독창적인 설계 목표에 부합하려면, 기존 냉각 시스템 대신 SMR 전용으로 최적화된 냉각 기술(예: 자연 순환, 헬륨, 용융염)을 사용하는 것이 더 적합합니다.

이러한 최적화는 SMR의 상용화와 장기적인 경쟁력을 확보하는 데 필수적인 요소로 작용할 것입니다.

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SMR 냉각 시스템을 위한 냉각제

1. 열 제거와  안정성 유지를 위해 필요

• 소형 설계 : 소형 설계로 인해 고밀도의 열이 발생할 수 있으므로 효율적인 냉각이 필수적임.
• 패시브 냉각 시스템: 여러개를 운용하기 위해 패시브 안정 설계 및 유지가 필수임.
• SMR의 고온 기술: SMR은 고온 작동을 통해 발전 효율을 극대화하며, 수소 생산 등 부가적 응용 가능.

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2. 냉각제의 종류

• 다양한 냉각제 옵션:
  • 물(Water): 경제적이고 효과적인 냉각제로 기존 원자로에서 널리 사용됨.
  • 헬륨(Helium): 비활성 기체로 고온에서 안정적이며, 화학 반응성이 낮음.
  • 용융염(Molten Salt): 높은 비열과 열 안정성 제공.
  • 액체 납(Lead): 높은 열전도율과 방사선 차폐 효과.
• 냉각제 선택의 중요성: 각 냉각제는 설계, 운영 비용, 안전성, 효율성에 큰 영향을 미침.

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냉각제 선택의 과제

1. 효율성과 안전성의 균형: 열전달 효율, 방사선 내구성, 화학적 안정성 등 다양한 요건을 충족해야 함.
2. 코스트 문제: 고급 냉각제(헬륨, 용융염 등)는 높은 초기 비용과 유지비를 요구할 수 있음.
3. 환경적 영향: 일부 냉각제는 사용 후 처리 과정에서 환경 영향을 미칠 수 있음