수행평가(세특) 화학, 물리 진로 주제_SMR

 

목차 

• 화학, 물리 관련 주제 발굴 
• 기존 원자력 기술의 문제점과 개선 필요성 
• SMR 기술의 소개 
• 장점과 단점 
• 세특 목차 

 

화학, 물리 관련 주제 발굴 

화학과 물리 과목에 모두 연계할 수 있는 원자력 발전 주제를 연계하고자 합니다. 원자력 기술은 친환경 측면에서 많은 각광을 받고 있지만 핵오염 등의 위험에 따라 관련 기술의 발전에 매우 중요한 주제 입니다. 최근 소형원자로에 대한 많은 기술 투자가 이루어지고 있기 때문에 해당 주제에 대한 탐구도 좋은 내용이 될 수 있습니다. 

 

 

 

 

기존 원자력 기술의 문제점과 개선 필요성

원자력 발전소는 전력 생산에 있어서 효율적이고 대량의 전기를 생산할 수 있는 중요한 에너지원 중 하나입니다. 그러나 원자력 발전소에는 몇 가지 중요한 문제점이 있습니다.

1. 핵폐기물 관리: 핵발전소에서 발생하는 핵폐기물은 아주 위험한 물질로서 안전한 처리와 보관이 필요합니다. 핵폐기물은 장기적으로 안정적인 보관이 필요하며, 이에 대한 적절한 해결책이 없을 경우 환경 오염과 안전 문제가 발생할 수 있습니다.
2. 안전 문제: 핵사고의 위험은 항상 존재합니다. 원자력 발전소는 안전 시스템과 프로토콜을 갖추고 있지만, 인간 오류, 기계 고장, 자연재해 등으로 인한 사고 가능성이 존재합니다. 1986년 체르노빌 원자력 발전소 사고와 2011년 후쿠시마 원자력 발전소 사고는 이러한 위험성을 보여주는 사례입니다.
3. 원료 고갈: 원자력 연료로 사용되는 우라늄은 한정된 자원입니다. 현재 사용되는 핵연료의 소진이나 효율적인 우라늄 추출 기술의 부재는 장기적으로 원자력 발전소의 지속 가능성을 제약할 수 있습니다.
4. 경제적 측면: 원자력 발전소의 건설 및 운영 비용은 매우 높습니다. 이로 인해 다른 재생에너지나 환경 친화적인 에너지 소스에 비해 경제적으로 불리할 수 있습니다. 또한 사고 발생 시 수리 및 대처 비용이 매우 높을 수 있습니다.
5. 발전소 건설 시간: 원자력 발전소의 건설은 매우 복잡하고 오랜 시간이 걸립니다. 이로 인해 신속한 에너지 공급이 필요한 상황에서는 다른 에너지 소스가 더 유리할 수 있습니다.
6. 핵무기의 우려: 핵연료의 생산과 사용은 핵무기 생산의 잠재적인 위험을 야기할 수 있습니다. 핵연료 주기의 관리가 강화되지 않으면 핵무기 전파의 우려가 있습니다.

 

SMR 기술의 소개

SMR은 Small Modular Reactor의 약자로, 작고 모듈형의 원자로를 의미합니다. 이러한 작은 모듈형 원자로는 일반적으로 전통적인 대형 원자로보다 훨씬 작고, 특정 용도나 지역에 맞게 설계되어 있습니다. 이러한 작은 모듈은 전력 그리드에 연결하여 전력을 공급하거나, 산업용 열, 염분수 처리, 수소 생산 등 다양한 용도로 사용될 수 있습니다. SMR의 특징과 설명은 다음과 같습니다.

1. 모듈형 설계: SMR은 작은 규모로 설계되어 있어 여러 개의 모듈을 결합하여 필요한 전력을 생성할 수 있습니다. 이는 대규모 원자로보다 더 쉽게 확장이 가능하며, 필요한 전력량에 따라 모듈을 추가할 수 있습니다.
2. 안전성 강조: SMR은 안전성이 강조된 설계를 채택하여 더 높은 안전 수준을 제공하려고 합니다. 작은 규모로 설계되었기 때문에 냉각재를 사용하는 방식 등에서 발생할 수 있는 안전 문제를 최소화하려는 노력이 있습니다.
3. 이동성 및 유연성: 일부 SMR 설계는 이동성이 있는 특징을 가지고 있어, 필요에 따라 적절한 지역으로 이동시킬 수 있습니다. 이는 전력 공급이 필요한 특정 지역이나 산업용도로의 활용성을 높일 수 있습니다.
4. 비용 효율성: 상대적으로 작은 규모로 설계되어 있기 때문에, 건설 및 유지보수 비용이 상대적으로 적을 수 있습니다. 또한 생산량을 조절하여 더 쉽게 시장 수요에 대응할 수 있습니다.
5. 모듈 간 독립성: 각각의 모듈은 독립적으로 운영될 수 있기 때문에 하나의 모듈에서 발생하는 문제가 다른 모듈로 전파되는 것을 방지합니다.
6. 다양한 용도: SMR은 전력 공급뿐만 아니라 산업적인 열, 염분수 처리, 수소 생산 등 다양한 용도로 활용될 수 있습니다.

 

SMR의 장점과 단점

장점

1. 안전성 강화: SMR은 일반적으로 작은 규모로 설계되어 있어, 냉각재가 유출될 경우의 영향이 상대적으로 작습니다. 또한 작은 모듈 간의 독립 운영으로 안전성이 향상됩니다.
2. 비용 효율성: 상대적으로 작은 규모로 건설되기 때문에, 대형 원자로에 비해 초기 투자 비용이 적을 수 있습니다. 또한 유지보수 및 운영 비용도 상대적으로 낮을 수 있습니다.
3. 모듈성과 유연성: SMR은 모듈화된 구조를 가지고 있어 필요한 만큼 모듈을 추가할 수 있습니다. 이는 전력 수요에 따라 확장이 용이하다는 장점을 제공합니다.
4. 이동성: 일부 SMR 설계는 이동성을 가지고 있어 필요에 따라 다양한 지역으로 이동시킬 수 있습니다. 이는 전력을 빠르게 공급해야 하는 재난 현장이나 원격 지역에 적합합니다.
5. 다양한 용도 활용: SMR은 전력 생산 뿐만 아니라 산업용 열, 염분수 처리, 수소 생산 등 다양한 용도로 사용될 수 있습니다.

단점

1. 생산량 한계: 개별 SMR 모듈의 발전량이 상대적으로 작기 때문에 대규모 전력 생산에는 한계가 있습니다. 여러 모듈을 조합해 사용해야 하는 경우에는 효율성이 감소할 수 있습니다.
2. 핵폐기물 문제: SMR도 원자력 발전소에서 발생하는 핵폐기물 문제는 여전히 존재합니다. 안전하게 처리하고 보관하는 것이 중요합니다.
3. 기술적 도전: 새로운 원자로 설계 및 기술적인 개발이 필요하며, 이는 일정한 시간과 비용이 소요될 수 있습니다.
4. 안전 규제의 복잡성: 작고 모듈형인 만큼 안전 규제에 대한 복잡성이 증가할 수 있습니다. 특히 다양한 용도로 사용될 경우 각 용도에 따른 안전 규제 준수가 필요합니다.
5. 신뢰성과 경험 부족: 대규모 원자력 발전소에 비해 SMR의 운영 및 성능에 대한 장기적인 경험이 부족할 수 있습니다.

 

세특 목차 

• 최근 친환경 발전으로 각광 받는 원자력
• 원자력 발전의 원리 (화학, 물리 연계)
• 소형 원자로 기술의 소개 
• 세특 연계 및 전공 연계