172 GW of US small reactor capacity could be unlocked by bypassing electric grid: Study
Conventional nuclear plants require massive, site-built civil engineering.
미국 내 소형 원자로 172GW 용량을 전력망 우회 방식으로 활용할 수 있다는 연구 결과가 나왔습니다.
기존 원자력 발전소는 대규모 현장 토목 공사가 필요합니다.
소형 원자로는 저렴한 재생 에너지와 대형 기존 발전소가 경쟁하는 개방형 전력망에서 경쟁력을 갖추지 못합니다. 따라서 미국에서 소형 원자로의 재정적 생존은 중공업 단지에 전력을 공급하고 청정 수소를 생산하는 데 달려 있습니다.
이는 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 발표된 새로운 분석 결과입니다. 미시간 대학교 연구진은 소형 모듈형 원자로(SMR)의 사업 타당성을 조사했습니다. 연구 목표는 이러한 소형 시스템이 건설 비용 급증으로 인한 수익성 악화 없이 실제로 수익을 창출할 수 있는 분야를 파악하는 것이었습니다.
"원자력 에너지와 소형 모듈형 원자로의 배치 확대에 대한 관심이 매우 높지만, 이번 연구는 실제로 어디에 이러한 원자로를 건설하고 운영하는 것이 사업적으로 타당한지에 대한 최초의 종합적인 분석을 제공합니다."라고 미시간 대학교 원자력 공학 및 방사선 과학 부교수이자 이번 연구 의 공동 저자인 브렌던 코추나스가 말했습니다 .
기존 원자력 발전소는 현장에서 전적으로 건설되는 대규모 맞춤형 토목 공사가 필요합니다.
반면 소형 모듈 형 원자로(SMR)는 조립 라인 방식을 채택합니다. 이러한 소형 원자로는 중앙 집중식 공장에서 제조되어 철도나 바지선을 통해 운송된 후 여러 곳에 집중적으로 설치될 수 있습니다. 따라서 SMR은 운영자가 현장별 필요에 따라 에너지 생산량을 유연하게 조정할 수 있도록 해줍니다.
이러한 시스템의 주요 운영상의 이점은 물 분해 화학 반응을 구동할 수 있다는 점입니다.
SMR은 고온의 열과 전기를 안정적이고 동시에 생산함으로써 물 분자에서 수소 원자를 분리하는 열 및 전기화학적 공정을 수행할 수 있습니다. 이렇게 생산된 청정 수소는 여러 산업 분야에서 화석 연료를 대체하여 환경 오염 감축에 효과적인 역할을 할 수 있습니다.
미시간 대학교와 아이다호 국립 연구소의 연구진은 이러한 열 통합이 미국 산업 전반에 걸쳐 어떤 성능을 발휘할지 평가했습니다. 연구팀은 암모니아 합성 공장 34곳, 제철소 9곳, 정유 공장 47곳, 그리고 공정열을 사용하는 약 1,000개의 제조 현장에 대한 에너지 수요 프로파일을 모델링했습니다.
소형 모듈형 원자로(SMR)의 실행 가능한 운영 환경
연구 결과에 따르면 수소 집약적 제조 공정이 SMR에 가장 적합한 운영 환경을 제공하는 것으로 나타났습니다. 암모니아 제조 및 석유 정제에는 지속적인 대량의 수소 공급과 안정적인 열 공급이 필요합니다.
청정 연료 킬로그램당 최대 3달러까지 지원하는 연방 수소 생산 세액 공제 혜택을 받으면 이러한 공장 시설은 즉시 경제성을 확보할 수 있습니다. 초기 배치 단계에서 모델에 따르면 소형 모듈형 원자로(SMR)는 91기가와트(GW)의 전력 용량을 제공할 수 있습니다.
통제된 시험장
대량 생산 기술이 향상되고 건설 기술이 성숙해짐에 따라, 2차 원자력 발전 설비 설치 물결은 171.9기가와트의 전력을 생산할 수 있으며, 이는 현재 미국에서 가동 중인 원자력 발전 용량의 거의 두 배에 달합니다.
이러한 기계적 변화는 산업 탈탄소화에 획기적인 변화를 가져올 수 있습니다. 2020년 미국 산업 시설에서는 13억 6천만 톤의 이산화탄소가 배출되었습니다. 이러한 시설에 원자력으로 생산된 열과 수소를 공급하면 두 번의 생산 주기 동안 이산화탄소 배출량을 최대 14%까지 줄일 수 있습니다.
전 세계적으로 수십 가지의 소형 모듈형 원자로(SMR) 설계가 개발 중이지만, 미국에서는 아직 상용 운전에 들어간 SMR은 없습니다. 중공업 플랜트는 이러한 모듈형 설계가 열 신뢰성을 입증할 수 있는 통제된 시험 환경을 제공합니다.
공장 생산 라인이 구축되고 생산 비용이 절감되면 엔지니어들은 해당 기술을 더 광범위한 전력망에 적용하기 시작할 수 있습니다.
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