[POWER COMPANY] 손톱 크기 ‘원자력연료’ 국산화·기술자립 실현… 원자력계 새 역사 쓴 ‘한전원자력연료’

작성일 07-08

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> 원자력연료 설계·제조·서비스 원자력 종주국 美 이어 캐나다 UAE·中 등 해외 진출도 활발 노심설계·안전해석·운전지원 전 분야 총망라 원천기술 완성 국내외 연료주기 40기 이상 공급 2035년 매출 6200억 달성 목표 
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 <img alt="대전에 위치한 한전원자력연료 전경. 한전원자력연료 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202507/08/dt/20250708174833787hqmz.jpg" data-org-width="640" dmcf-mid="609OVxzT10" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202507/08/dt/20250708174833787hqmz.jpg" width="658">
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 대전에 위치한 한전원자력연료 전경. 한전원자력연료 제공
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 한전원자력연료는 지난 1982년 설립 이래 원자력연료의 국산화와 기술자립이라는 우리나라 원자력계의 새로운 이정표를 세운 국내 유일의 원자력 연료 설계·제조·서비스 전문기업으로 자리매김하고 있다. 한국전력공사 자회사로 출발한 한전원자력연료는 지난 43년 간 원자력연료 제조 및 설계기술 확보에 적극 나서 1989년 경수로용 국산 원자력연료 상업 생산을 시작해 지속적인 연구개발과 기술 축적을 통해 현재까지 우리나라에 가동 중인 원자력발전소에 고품질 연료 전량을 공급하며 기술 자립을 실현했다. 특히 세계에서 유일하게 경수로용과 중수로용 원자력연료를 모두 생산하며 세계 원자력연료 시장을 선도하는 글로벌 원자력연료주기 기업으로 비약적인 발전을 거듭해 왔다. 해외 신규 원전 사업에도 적극 뛰어들어 2009년 한전 컨소시엄이 수주한 아랍에미리트(UAE) 원전에 자체 설계·제조한 원자력연료를 2017년부터 공급하고 있다. 또한 원자력연료의 핵심 부품과 주요 장비를 원자력 종주국인 미국을 비롯해 캐나다, 브라질, 아르헨티나, 중국 등에 수출하고 있으며, 원자력연료 엔지니어링 서비스 기술과 관련 서비스 장비도 해외에 공급하는 등 독자 확보한 원자력연료 관련 기술을 앞세워 글로벌 시장으로 수출을 확대하고 있다. 
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 <img alt="새끼 손톱크기의 펠릿으로 제작된 소결체로, 4인 가구 기준 1가구가 6개월 동안 쓸 수 있는 전력을 생산한다. 한전원자력연료 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202507/08/dt/20250708174835090exte.jpg" data-org-width="640" dmcf-mid="P63NpbZw13" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202507/08/dt/20250708174835090exte.jpg" width="658">
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 새끼 손톱크기의 펠릿으로 제작된 소결체로, 4인 가구 기준 1가구가 6개월 동안 쓸 수 있는 전력을 생산한다. 한전원자력연료 제공
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 ◇새끼 손톱 크기 ‘소결체’, 석탄 15톤과 맞먹어 원자력연료를 만드는 원재료는 천연우라늄이다. 천연우라늄은 우라늄-238이 99.29%, 우라늄-235가 0.71%로 구성되는데, 이 중 우라늄-235만이 핵분열로 에너지를 발생시킬 수 있다. 중수로용 원자력연료는 천연우라늄을 그대로 사용하지만, 경수로용 원자력연료는 우라늄-235의 함량을 5% 이하로 높인 저농축 우라늄을 쓴다. 우라늄-235 1g은 석유 9드럼, 석탄 3톤과 맞먹는 수준으로 ‘가성비 끝판왕’이다. 원자력발전은 이런 소량의 원자력연료를 원자로에 장전해 약 3∼4년 동안 많은 열을 내는 매우 경제적인 에너지원인 동시에 탄소배출량이 적은 친환경 에너지원이다. 한전원자력연료가 생산하는 새끼 손톱만한 원자력연료 소결체의 무게는 약 5.2g, 직경 약 8mm, 높이 10mm의 아주 작은 이산화우라늄 분말 입자로 구성돼 있지만 위력은 상상 이상이다. 이른바 ‘구멍없는 연탄’에 비유되는 소결체 1개가 생산할 수 있는 전력량은 시간당 약 1800㎾로, 4인 가족 1가구가 6개월 간 쓸 수 있는 양에 해당한다. 이는 석유 45드럼, 석탄 15톤과 맞먹는 수준이다. 
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 <img alt="경수로 원자력연료 제조공정 개념도." class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202507/08/dt/20250708174836424qnla.jpg" data-org-width="640" dmcf-mid="QpcbmSA8ZF" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202507/08/dt/20250708174836424qnla.jpg" width="658">
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 경수로 원자력연료 제조공정 개념도.
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 <img alt="중수로 원자력연료 제조공정 개념도." class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202507/08/dt/20250708174837782xjup.jpg" data-org-width="640" dmcf-mid="xLs8SHmeXt" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202507/08/dt/20250708174837782xjup.jpg" width="658">
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 중수로 원자력연료 제조공정 개념도.
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 ◇소결체 350여 개 넣어 ‘연료봉’ 제작 경수로용 원자력연료 집합체 1다발이 생산할 수 있는 전력량은 시간당 약 1억6000만㎾로 약 5만 가구가 1년 동안 사용할 수 있는 양이다. 엄격한 공정과 품질 검사를 거친 소결체는 길이 4m의 연료봉에 줄지어 담긴다. 연료봉 하나에 소결체가 356∼387개 들어간다. 연료봉은 원자력연료가 원자로에 장전돼 연소할 때 핵분열에너지를 방출하는 모체 역할을 한다. 연료봉은 특수 가공과 용접을 통해 먼지와 습기 등의 불순물을 제거하는 등의 고도로 정제된 공정을 통해 제작된다. 연료봉에는 우라늄 소결체가 장입되고, 연료봉 한쪽 끝에 소결체가 흔들리지 않고 자리를 잡을 수 있게 압축 스프링을 넣은 후 헬륨가스를 주입한 후 위와 아래 구멍을 막는 상하부 봉단마개를 전기저항용접으로 완전 밀봉하면 연료봉은 완성된다. 
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 <img alt="연료봉이 다발을 이룬 연료 집합체로, 4인 가구 기준 5만 가구가 1년 동안 쓸 수 있는 전력을 생산한다. 한전원자력연료 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202507/08/dt/20250708174839272xgwr.jpg" data-org-width="640" dmcf-mid="yUCHJNP3G1" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202507/08/dt/20250708174839272xgwr.jpg" width="658">
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 연료봉이 다발을 이룬 연료 집합체로, 4인 가구 기준 5만 가구가 1년 동안 쓸 수 있는 전력을 생산한다. 한전원자력연료 제공
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 ◇연료봉 236개 다발 모여 집합체 1개 형성 연료봉 다발을 일컫는 집합체 1개에 들어가는 연료봉 수는 한국표준형 원전용 개량연료(PLUS7)에는 236개, 웨스팅하우스형개량 원자력연료(ACE7)에는 264개가 각각 들어간다. 전체 연료봉 안에는 총 9만2000개 가량의 소결체가 장입된다. 집합체의 수명은 64개월로, 18개월에 한 번씩은 타지 않은 부위가 탈 수 있도록 원전 가동을 중단하고, 방향을 바꿔 다시 장입한 뒤 재가동에 들어간다. 경수로 원전 기준으로 집합체 1개당 생산할 수 있는 시간당 전력량은 1억6000만kW로, 4인 가구 기준으로 약 5만 가구가 1년 간 쓸 수 있는 양이다. 한전원자력연료는 연간 경수로용 원자력연료 550MTU(우라늄t), 중수로연료 400MTU 생산시설을 보유하고 있다. 
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 <img alt="충남 논산에 위치한 지르코늄합금튜브를 생산하는 NSA 플랜트. 한전원자력연료 제공." class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202507/08/dt/20250708174840615kbvv.jpg" data-org-width="640" dmcf-mid="W5q6vXsdt5" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202507/08/dt/20250708174840615kbvv.jpg" width="658">
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 충남 논산에 위치한 지르코늄합금튜브를 생산하는 NSA 플랜트. 한전원자력연료 제공.
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 ◇잇딴 개량 연료 개발 성공… 독자개발 능력 확충 한전원자력연료는 2000년대 들어 한국표준형(OPR1000) 및 한국형(APR1400) 원전에 공급되는 개량 원자력연료 ‘PLUS7(플러스7)’와 웨스팅하우스형 원전에 공급되는 개량 원자력연료 ‘ACE7(에이스7)’을 미국 웨스팅하우스와 공동으로 개발, 원자력연료 독자 개발 능력을 고도화했다. PLUS7은 2000년 개발을 마치고 시범집합체의 노내연소 시험을 거쳐 2006년 4월부터 국내 한국표준형 및 한국형 원전에 상용 공급되기 시작했다. 기존 가디언 연료에 비해 경제성, 내진성능, 내마모성, 생산성, 이물질 여과 성능, 연소성능, 열적 성능 등 7가지 측면의 성능을 향상시킨 게 특징이다. ACE7은 2004년 개발을 완료하고 시범집합체와 노내연소 시험을 거쳐 2008년 6월부터 국내의 16×16타입, 17×17타입 웨스팅하우스형 원전에 상용 공급하고 있다. 웨스팅하우스에서 개발해 공급하던 기존 연료에 비해 경제성, 내마모성, 제어봉 비정상 삽입 배제, 스프링 나사 손상 방지, 이물질 여과성능, 연소성능, 열적 성능 등 7가지 향상된 특성을 갖는다. 2008년에는 지르코늄 합금 튜브 제조기술 국산화 및 제조공정 건설사업을 통해 원자력연료 부품 100%에 대한 국산화를 완성했고, 튜브 생산능력을 갖춰 20여 종의 튜브를 생산능력을 갖췄다. 여기서 생산되는 지르코늄 합금 튜브는 국내에 전량 공급되는 동시에 미국 수출길에도 올랐다. ◇끊임없는 기술개발 투자…세계 최고 수준 원전연료 개발 한전원자력연료는 세계 최고 수준의 안전한 원자력연료 개발을 위해 기술개발에 끊임없이 투자하고 있다. 이를 토대로 세계 최고 수준의 고성능 고유 원자력연료를 성공적으로 개발해 상용 공급하는 결실로 이어졌다. 수출 선도형 고성능 원자력 연료인 ‘HIPER16’, ‘HIPER17’ 등 고유 원자력연료는 연소성능, 열적성능, 내진성능, 신뢰성 및 제조성 등을 대폭 향상시켜 개발했다. 원전 설계와 운전에 핵심적 역할을 하는 고유 노심 설계 및 안전해석 코드체계 개발에 성공하며 원천기술 수준을 높이고 있다. 노심설계코드는 원자로심 설계를 위한 핵설계코드, 열수력설계코드, 연료봉설계코드, 집합체 및 제어봉설계코드 등으로 구분되는데, 국내 APR1400, OPR1000 상용 설계에 순차적으로 적용되고 있다. 또한 측정자료 분석, 향후 거동 예측 및 감시 기능을 갖는 발전소 운전지원 코드체계를 개발해 노심설계, 안전해석 및 운전지원의 모든 분야를 총망라하는 원천기술을 완성했다. 국제수준의 설계코드 품질과 안전성 향상에도 기술개발 역량을 모으고 있다. 설계코드는 원자력연료의 소프트웨어에 해당하는 것으로, 국제표준에 맞게 소프트웨어 품질관리시스템을 운영하고 있다. 해외시장 진출에 필수적인 국제수준의 품질보증시스템으로 활용돼 향후 해외시장에 설계코드 공급 시 지속적인 품질관리를 통한 수익 창출이 기대되는 분야다. 한전원자력연료는 2035 비전을 토대로 국내 원자력연료 30기 이상, 해외 10기 이상을 공급해 매출액 6200억원을 달성하고, 사고저항성 연료 상용화와 중소형 원전연료, 방폐물 저감 및 사용후연료 등 미래 신원전 연료 개발을 통해 세계적인 원자력연료주기 전문기업으로 도약하겠다는 구상이다. 이준기 기자 bongchu@dt.co.kr 
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