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- 미국에는 아직 상업적으로 가동 중인 SMR이 없다.건설 비용과 미래 규모 경제는 추정치
- 높은 건설 비용이 잠재력 제한. 모델링된 비용 우위는 도매 전력 거래에는 불충분
- 수소 생산 및 건설 비용이 가정된 조건을 충족되면 산업용 애플리케이션 시장에서는 훨씬 더 큰 잠재력이 나타나.

소형 모듈형 원자로(SMR)의 수익성은 건설 비용과 수소 생산에 크게 좌우돼

소형 모듈형 원자로(SMR)는 표준화되고 부분적으로 사전 제작된 모듈을 통해 소규모 출력의 새로운 원자력 발전소를 건설할 수 있도록 설계되었다. 그러나 이러한 개념이 경제적으로 실현 가능할지는 아직 미지수다. 미국에서는 아직 상업적으로 가동 중인 SMR이 없으며, 건설 비용과 미래의 규모의 경제는 추정치에 불과하다. 

▲ 소형 모듈형 원자로는 에너지 집약적인 산업 플랜트에서 특히 비용 효율적일 수 있다. 그러나 순수 전력 생산에는 너무 비싸다. 모델링된 비용은 조사 대상인 미국 시장의 최고 평균 도매 가격보다 최소 36% 더 높다. © aa-w / depositphotos.com

에너지 집약적인 산업 플랜트의 경우, 순수 전력 생산 외에도 다른 판매 시장이 중요할 수 있다. 많은 기업이 암모니아, 철강, 정유 공정 등에 필요한 대량의 공정열이나 수소를 필요로 한다. 원자로는 현장에서 직접 열과 전력을 공급하거나 전해조를 이용하여 수소를 생산할 수 있다.

이 모델은 세 가지 판매 시장을 비교했다. 미시간 대학교(U-M)의 마리솔 가루스트(Marisol Garrouste) 교수 연구팀은 현장 수준에서 전력, 공정열, 산업용 수소 생산을 위한 SMR의 경제적 타당성을 모델링했다. 이 분석은 암모니아 공장 34곳, 제철소 9곳, 정유소 47곳, 그리고 공정열이 필요한 배출량이 많은 시설 955곳을 대상으로 했다. 두 번째 모델은 도매 전력 시장에서 원자로 배치에 따른 경제적 효과를 계산한다.

"원자력 발전과 소형 모듈형 원자로(SMR) 확장에 상당한 추진력이 있지만, 이 연구는 실제로 SMR을 건설하고 운영하는 것이 경제적으로 타당한 곳을 종합적으로 분석한 최초의 연구다"라고 미시간 대학교의 브렌던 코추나스 교수가 설명했다.

이 모델은 각 산업 부지에 대해 원자로의 수와 유형, 그리고 필요한 경우 수소 생산까지 최적화했다. 연구진은 초기 설비의 제조업체 제시 비용과 후기 생산 단계의 자본 비용을 비교하는데, 후기 생산 단계에서는 초기 자본 비용을 20% 낮춘다고 가정했다. 전력 시장 분석에는 미국 주별 시간별 도매가격이 사용되었다.

결과적으로 산업 현장은 전력 시장보다 경제적으로 유리한 것으로 나타났다. 하지만 전력 생산만을 놓고 보면 결과는 불리하다. 조사 대상 SMR의 균등화 발전비용(LCOE)은 미국 시장에서 가장 높은 평균 도매 가격보다 최소 36% 높다. 초기 투자 비용이 20% 절감되더라도, 검토된 어떤 원자로 유형도 이 시장에서 경제적 타당성을 확보하지 못한다.

모델은 산업 부문에서 더 큰 잠재력을 보여준다. 수소 세제 혜택이 없다면, 조사 대상 부지 중 초기 플랜트 건설 비용 측면에서 수익성이 있는 곳은 1% 미만일 것이다. 이 경우 총 약 4기가와트(GW) 규모의 소형 모듈형 원자로(SMR) 발전 용량이 배치될 것으로 예상된다. 하지만 세제 혜택이 있다면 약 91GW 규모의 SMR이 경제적으로 실현 가능해지며, 이 중 57GW는 공정 열용으로, 34GW는 암모니아, 철강, 정유 공장에서 사용되는 수소 생산용으로 사용될 것이다.

후기 양산 단계에서 초기 투자 비용이 20% 감소할 경우, 세제 혜택이 지속된다면 추가로 171.9GW의 발전 용량을 확보할 수 있다. 세제 혜택이 없다면 추가되는 용량은 7.8GW에 불과할 것이다. 이 수치는 실제 확장 예측치가 아니라 모델링을 통해 도출된 비용, 가격, 보조금 가정에 따른 결과다.

"이번 연구 결과는 미국의 원자력 발전 인프라 확장을 재개하고 가장 배출량이 많은 산업 부문 중 하나인 철강 산업의 탈탄소화를 추진하는 데 있어 정책 입안자들에게 실질적인 통찰력을 제공한다"고 마리솔 가루스테는 말했다.

세금 인센티브가 수소 산업에 미치는 영향

연구진은 모델에서 초저배출 수소에 대한 미국 45V 생산 세액 공제를 킬로그램당 3달러로 설정했다. 현행 미국 규정에 따르면, 2028년 이전에 건설이 시작된 적격 플랜트는 생산 세액 공제를 계속 받을 수 있다. 이러한 플랜트는 이후 10년간의 수소 생산에 대한 세액 공제를 청구할 수 있다. 구체적인 세액 공제액은 배출 강도, 임금 및 교육 요건 등 여러 요인에 따라 결정된다.

이러한 인센티브의 효과는 경제적 손익분기점에 도달하기 위해 필요한 비용 준비금으로 확인할 수 있다. 암모니아 생산용 수소의 경우 모델에서 약 300%, 대부분의 정유 공장에서는 50% 이상, 철강 공장에서는 약 20%에 달한다. 하지만 공정 열의 경우, 수익성이 좋은 대부분 사업장에서 10% 미만으로 유지된다. 이 수치들은 현재의 수익률이 아니라, 프로젝트가 수익성이 떨어지기 전에 원자로 건설 비용이 얼마나 상승할 수 있는지를 나타낸다.

브렌던 코추나스는 "이 연구는 투자자, 기업, 그리고 경영진이 수익을 극대화하기 위해 소형 모듈형 원자로(SMR)를 어디에 배치해야 할지 결정하는 데 도움을 줄 수 있다. 또한 연방 정부가 원자력 발전 확대를 효과적으로 지원하는 정책 수단이 무엇인지 파악하는 데에도 도움이 될 수 있다"고 설명했다.

높은 건설 비용이 잠재력을 제한한다.

이러한 건설 비용은 계산에서 가장 큰 불확실성을 야기한다. 본 연구는 초기에는 1세대 원자로에 대한 제조업체 데이터를 사용했다. 추가적인 민감도 분석에서, 연구진은 원자로 유형에 따라 자본 비용을 117% 또는 156% 증가시켰다. 수소 생산이 없다면, 조사 대상 산업 부지 중 어느 곳도 수익성이 없다. 세금 인센티브가 적용될 경우, 총 28기가와트(GW)의 용량으로 수소 생산이 가능한 41개 부지가 경제적으로 타당성을 보인다. 이 시나리오에서는 공정열이 완전히 제외되었다.

가장 낙관적인 시나리오에서는 두 확장 단계 모두에 세금 인센티브가 적용되어 총 263GW의 소형 모듈형 원자로(SMR) 용량을 확보하고 연간 최대 1억 2,100만 톤의 CO₂ 배출량을 감축할 수 있을 것으로 모델이 계산했다. 데이터 센터와 같은 대규모 전력 소비 시설은 포함되지 않았다. 규제 장벽과 대량 생산 시 예상되는 비용 절감 효과가 달성될지 여부 또한 실제 결과에 영향을 미칠 수 있다.

따라서 본 분석은 주로 초기 SMR 프로젝트가 경제적으로 타당성을 확보할 수 있는 조건을 제시하는 데 중점을 두고 있다. 모델링된 비용 우위는 도매 전력 거래에는 충분하지 않다. 반면, 수소 생산 및 건설 비용이 가정된 조건을 충족한다면 산업용 애플리케이션 시장에서는 훨씬 더 큰 잠재력이 나타나고 있다.

원문:
Nature Communications에 게재됨, doi: 10.1038/s41467-026-76077-3
미시간 대학교 공과대학 공식 보도자료

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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