환경문제와 안전문제 등으로 사용이 줄어들던 원자력 발전이 AI 학습으로 인해 급격히 늘어난 전력수요에 따라 다시 대안으로 주목받고 있습니다. 이번 포스팅에서는 마이크로소프트가 구상하는 원전 재가동에 대해 소개한 IEEE Spectrum 글을 통해 전력 발전 트렌드에 대해 적어보도록 하겠습니다.
개요
데이터 센터의 청정 전력 수요가 너무나도 급격히 증가하면서, 미국 역사상 최악의 원자력 사고가 발생한 스리마일섬의 폐쇄된 원자로가 데이터를 처리하기 위해 다시 가동될 가능성이 제기되고 있습니다.
2024년 9월, 콘스텔레이션 에너지는 스리마일섬의 1호기를 재가동할 계획을 발표했습니다. 이 원자로는 835메가와트의 전력을 PJM 그리드 운영사에 공급할 예정입니다. 마이크로소프트는 콘스텔레이션과 체결한 20년 전력 구매 계약에 따라 스리마일섬에서 생산된 전력을 PJM 인터커넥션의 데이터 센터 소비 전력과 일치시키기 위해 사용할 계획입니다.
스리마일섬 1호기는 2019년에 경제적인 이유로 폐쇄되었으며, 이는 1979년에 부분적으로 녹아내린 2호기 바로 옆에 위치해 있습니다. 1호기의 재가동을 위해서는 콘스텔레이션이 공학적, 규제적 난관을 극복해야 하며, 이 장소가 과거에 핵 사고와 연관되었던 역사적 이미지를 불식시키는 대중적 관계의 과제도 해결해야 합니다.
이 계획이 실현된다면, 스리마일섬 1호기는 전 세계에서 두 번째로 재가동되는 원자로가 될 수 있습니다. 첫 번째는 2022년 5월에 폐쇄된 미시간주 코버트에 있는 팔리세이즈 원자력 발전소로, 현재 2025년에 다시 운영을 시작할 것으로 예상됩니다. 언론 보도에 따르면, 2020년에 운영을 중단한 아이오와주 팔로 근처의 두에인 아놀드 에너지 센터의 단일 원자로도 재가동될 가능성이 있습니다.
이와 같은 추세는 원자로 재가동에 관한 새로운 전문성을 탄생시킬 수 있습니다.
데이터 센터를 위한 스리마일섬의 부활
콘스텔레이션은 스리마일섬 1호기를 2028년에 재가동할 계획입니다. 이를 위해 터빈, 발전기, 메인 전력 변압기, 냉각 및 제어 시스템 등 발전소 복구에 필요한 주요 설비에 막대한 투자가 이루어질 것이라고 콘스텔레이션은 전했습니다.
새로운 원자력 발전소를 건설하는 대신 기존 발전소를 재가동하는 이유는 분명하다고, 일리노이 대학교의 원자력·플라즈마·방사선 공학과의 교수이자 미국 에너지부의 전 원자력 부문 차관이었던 캐서린 허프는 설명합니다. 예를 들어, 새로운 원자로를 개발할 때는 원자로의 열을 어떻게 분산시킬지 고민해야 합니다. 하지만 스리마일섬은 펜실베이니아주 미들타운 근처에 위치해 있으며, 이미 이러한 생태계가 구축되어 있습니다.
허프 교수에 따르면 “가장 중요한 요소 중 하나는 서스쿼해나 강이 바로 옆에 있다는 점”입니다. 이 강은 이미 최종 열 흡수 장치로 설정되어 있으며, 이 섬은 고전압 송전선과 발전소를 전력망에 연결하는 데 필요한 다른 모든 인프라를 갖추고 있습니다.
최근에 폐쇄된 원자로가 수십 년 동안 미국 원자력 규제 위원회의 허가를 받아 운영된 것도 큰 도움이 됩니다. 가장 간단한 재가동 방법은 콘스텔레이션이 이전 허가를 복구하고, 2019년까지 운영되었던 수준으로 발전소를 복원하는 것이라고 허프 교수는 덧붙였습니다. 이렇게 하면 인허가 절차를 처음부터 다시 시작할 필요가 없게 됩니다.
이 과정이 어떻게 진행될지는 아직 공개되지 않았으며, 콘스텔레이션은 인터뷰 요청에 응하지 않았습니다. 그러나 몇 가지 중요한 고려 사항과 단계가 있다고 허프 교수는 설명합니다. 첫 번째는 사용 후 핵연료를 습식 저장소에서 건식 저장소로 옮기는 것입니다. 이는 새로운 연료 투입을 위한 공간을 확보하는 데 도움이 됩니다.
허프 교수는 스리마일섬에서도 사용 후 연료를 제거하기 위해 원자로 압력 용기의 뚜껑을 열었을 가능성이 있다고 설명했습니다. 이 장비는 작동 중에 극한의 온도와 압력에 노출되었기 때문에 추가적인 방사선에 몇 십 년간 견딜 수 있는지 평가될 것입니다. 일부 장비는 여러 세대 동안 지속되었기 때문에 일부 부품은 교체하지 않아도 될 수 있습니다.
그러나 발전소를 운영하기 위해 필요한 모든 파이프와 펌프는 마모와 손상을 점검해야 할 것입니다. 이는 수많은 검사와 잠재적인 업그레이드를 의미합니다. 허프 교수는 “전체 시설은 파이프와 펌프로 이루어져 있다”고 설명했습니다.
퇴역한 원자력 발전소는 여전히 유효한 증기 터빈 발전기와 같은 구성 요소를 다른 시설에 판매하는 경우가 많으므로, 콘스텔레이션은 일부 기계를 교체해야 할 수 있습니다. 그러나 전반적으로 “내 예상으로는 아마도 약간 먼지가 쌓여 있을 것”이라고 허프 교수는 덧붙였습니다. 이 외에도 스리마일섬 1호기는 운영 당시와 거의 동일하게 보일 것이라고 합니다.
원자력 발전소의 재생
원자력 발전소가 폐쇄된 지 오래되지 않았을수록 재가동이 더 쉬워집니다. 이는 1년 동안만 가동이 중단된 미시간주 팔리세이즈 발전소의 경우에도 마찬가지라고 홀텍 인터내셔널의 정부 업무 및 커뮤니케이션 책임자인 패트릭 오브라이언은 설명합니다. 홀텍은 이 발전소의 해체와 재가동을 담당하고 있는 기업입니다. 2022년, 팔리세이즈 발전소 운영사 엔터지는 천연가스의 저렴한 가격 때문에 경제적인 이유로 발전소를 폐쇄하기로 결정했으나, 홀텍에 발전소를 보존할 수 있는지 물었다고 오브라이언은 덧붙였습니다. 그는 “그들이 발전소를 다시 가동할 수 있느냐고 물었고, 우리는 그렇게 할 수 있는 상태로 유지할 수 있다고 답했다”라고 설명했습니다.
이를 위해 홀텍은 지난해 팔리세이즈의 사용 후 핵연료를 이동시키기 시작했지만, 10년 동안 해체를 미루고, 그 후에 원자로를 재가동할 계획을 세웠습니다. 그 결과, 발전소 대부분은 그대로 남아 있으며, 2025년 말 원자로 재가동을 목표로 하고 있습니다. 이 프로젝트는 미국 에너지부로부터 15억 달러의 대출도 확보했습니다.
스리마일섬 원자로는 1년이 아닌 5년 동안 사용이 중단되었습니다. 콘스텔레이션의 CEO 조셉 도밍게즈는 원자로가 “우수한 상태”에 있으며 몇 년 내에 재가동될 예정이라고 밝혔지만, 지난 5년 동안 어떤 해체 작업이 이루어졌는지, 그리고 얼마나 많은 인프라를 재건해야 할지에 대해서는 공개되지 않았습니다.
오브라이언은 “중요한 것은 지난 5년 동안 시스템이 얼마나 잘 보존되었는가와 발전소의 물리적 상태가 어떤지입니다. 콘스텔레이션이 사전 작업을 많이 하지 않고 이러한 결정을 내리고 재가동을 발표하지는 않았을 것”이라고 말했습니다.
기계적 수리 외에도 규제와 관련된 복잡한 문제가 있습니다. 원자력 관련 관료주의는 매우 느리게 움직이는 것으로 유명하지만, 콘스텔레이션과 마이크로소프트는 신속하게 승인받아 재가동할 수 있을 것이라는 낙관적인 전망을 가지고 있습니다. 비록 미국 원자력 규제 위원회(NRC)는 아직까지 콘스텔레이션으로부터 1호기 재가동 신청을 받지 못했다고 밝혔지만, 펜실베이니아주 주지사 조시 샤피로는 최근 스리마일섬 부활 프로젝트를 “신속 처리”해야 할 프로젝트로 강조하며, 2028년까지 원자로를 재가동해야 한다고 주장했습니다.
마지막으로, 콘스텔레이션과 마이크로소프트는 스리마일섬의 역사적 유산과 맞서야 합니다. 1979년 3월 2호기 원자로의 부분적인 녹아내림은 직접적인 사망자나 부상자를 초래하지 않았지만, 미국 역사상 가장 심각한 원자력 사고였으며, 수십 년 동안 원자력 발전에 그림자를 드리웠습니다. (아마도 그와 무관하지 않게, 콘스텔레이션은 부활한 원자로를 크레인 청정 에너지 센터로 공식적으로 브랜드화했습니다.)
허프 교수에 따르면 1호기 재개에 있어 2호기의 사고 위험은 없습니다. 2호기는 수십 년 동안 안전하게 봉인되어 있었으며, 두 원자로와 그 부속 건물 및 장비는 완전히 분리되어 있습니다. “1호기는 1979년 이후로 [2호기]의 봉인된 상태 바로 옆에서 모든 유지보수와 연료 보충 작업을 수행하며 운영되었습니다”라고 그녀는 설명했습니다.
데이터 센터가 원자력 발전 계약을 확보하다
마이크로소프트만이 데이터 센터 운영을 위해 창의적인 전력 공급 방안을 적극적으로 모색하고 있는 것은 아닙니다. 올해 초 아마존 웹 서비스(AWS)는 인근의 원자력 발전소에서 직접 전력을 공급받는 데이터 센터를 위해 6억 5천만 달러를 지불했으며, 현재 이를 두고 규제 문제와 싸우고 있습니다.
스리마일섬이 마지막으로 부활하는 원자로가 아닐 가능성이 커지고 있습니다. 이는 에너지 소모가 많은 데이터 센터를 지원하고, 배출량 감소 목표를 달성하기 위해 지속적이고 청정한 에너지에 대한 수요가 증가하고 있기 때문입니다. 실제로 미국 에너지부 장관 제니퍼 그랜홈은 7월 로이터와의 인터뷰에서 연방 정부가 다른 폐쇄된 원자로 소유주들과 재가동 가능성에 대해 논의하지 않는다면 “놀랄 일”이라고 말했습니다.
미국과 전 세계의 대부분의 폐쇄된 원자력 발전소는 팔리세이즈나 스리마일섬보다 훨씬 오랫동안 가동이 중단되었으며, 해체도 더 적극적으로 이루어졌습니다. 따라서 경제적 타당성 측면에서 이를 복구하는 것은 더 어려운 일입니다. 그러나 원자로 자체를 되살릴 수 없다 하더라도, 그 부지는 재생의 기회를 가질 수 있습니다. 이러한 부지들은 적절한 인프라를 갖추고 있고, 원자력에 대한 긍정적인 대중의 인식과 에너지 분야에서 경험이 있는 인력이 있다는 점에서 유리하다고 오브라이언은 설명했습니다.
그는 “누가 원자력을 가장 많이 지지하는가? 보통 원자력 발전소 근처에서 생활하고 그 운영을 이해하는 지역 주민들입니다”라고 말했습니다. 오브라이언은 또한 세계적으로 폐쇄될 예정인 석탄 발전소도 원자력 발전소를 새로 건설하기에 이상적인 장소가 될 수 있으며, 원자력 르네상스가 도래했다면 더욱 그렇다고 덧붙였습니다.
마무리
이번 포스팅에서는 데이터 센터 운영을 위한 원자력 발전소의 재가동과 그에 따른 다양한 동향을 살펴보았습니다. 청정 에너지에 대한 수요가 높아짐에 따라, 폐쇄된 원자로를 다시 가동하거나 해당 부지를 재활용하는 방안이 점차 주목받고 있습니다. 특히, 스리마일섬과 팔리세이즈 사례를 통해 데이터 센터와 원자력 발전의 결합이 어떻게 이루어지고 있는지 확인할 수 있었습니다. 앞으로도 지속 가능한 에너지원으로서 원자력 발전이 어떤 역할을 할지 관심을 가지고 지켜보는 것이 중요할 것입니다.