원자력 발전 시장 규모, 점유율 및 동향 분석 보고서: 응용 분야별(에너지, 국방, 기타), 원자로 유형별(가압수형 원자로 및 가압중수로, 비등수형 원자로, 고온가스냉각로, 액체금속고속증식로, 기타 원자로 유형) 및 지역별(북미, 유럽, 아시아태평양, 중동 및 아프리카, 라틴 아메리카) 예측, 2024-2032년

원자력 발전 시장 성장 요인

청정 에너지 수요 증가

탄소 배출량 증가는 전 세계에 악영향을 미쳤고, 그 결과 전 세계 국가들은 탄소 발자국을 줄이기 위한 조치를 취하기 시작했습니다. 유엔기후변화협약(UNFCCC)에 따른 파리 협정은 탄소 배출량 감축을 위해 2016년에 체결되었습니다. 이 협정은 재정 지원, 적응, 온실가스 배출량 감축을 다룹니다. 기후 변화의 위험한 영향을 줄이기 위해서는 전 세계 온실가스(GHG) 배출량을 크게 줄여야 합니다. 화력 발전소를 통한 전력 생산이 순 탄소 배출량의 상당 부분을 차지하기 때문에 원자력 발전소에 대한 수요 증가는 탄소 배출량 증가를 억제하는 데 기여할 것으로 예상됩니다.

성장 저해 요인

재생 에너지 자원과의 치열한 경쟁

전 세계적으로 재생 에너지의 성장이 폭발적으로 증가하고 있습니다. 그 결과, 일부 지역에서는 원자력 발전 산업에 대한 외국인 직접 투자(FDI) 및 투자가 감소하고 있습니다.

2020년 말 기준, 총 원자력 발전 설비 용량은 2000년 이후 약 40GW, 즉 연평균 2.1GW 증가하여 약 392.61GW에 달했습니다. 원자력 발전과 비교해 보면, 2000년 이후 풍력 발전 설비 용량은 700GW 이상, 태양광 발전 설비 용량도 700GW 이상 추가되었습니다. 복잡하고 대규모의 중앙 집중식 원자력 발전 시설과 달리, 단순하고 분산된 기술은 더 빠르게 도입될 수 있다는 점이 재생 에너지 설비 개발에 기여하는 또 다른 요인입니다. 세계 원자력 발전 시장을 크게 선도하는 국가 중 하나인 중국임에도 불구하고, 2020년에는 약 2.01GW의 원자력 발전 설비 용량만 전력망에 추가되었습니다. 같은 기간 동안 약 136GW의 새로운 재생에너지 발전 용량이 가동되었습니다.

시장 기회

수명 연장 및 우호적인 정책을 시행하는 원자력 발전소

점점 더 많은 국가에서 원자력 발전소의 장기 운영 및 노후화 관리 프로그램을 진행하고 있습니다. 이는 원자로의 수명을 당초 설계보다 연장하여, 여러 국가의 우호적인 정책에 힘입어 지속적이고 안전하며 안정적인 운영을 보장하는 데 기여합니다. 경제협력개발기구(OECD) 회원국에서는 원자력 발전소의 수명 연장이 일반화되었습니다. 대부분의 운영사는 연장 운영 허가를 신청할 때 기술 발전, 안전성 향상, 연료 성능 및 특성 수정, 재장전 일정 및 소요 시간 등을 준비합니다.

대부분의 원자력 발전소는 처음에는 25~40년 동안만 운영될 것으로 예상되었지만, 엔지니어링 분석을 통해 그보다 더 오래 운영할 수 있게 되었습니다.

2016년 말까지 미국에서는 85개 이상의 원자로가 미국 원자력규제위원회(NRC)로부터 운영 수명 갱신 허가를 받아 운영 수명이 40년에서 60년으로 연장되었습니다. 프랑스의 에너지 정책 또한 기존 원자로의 운영 수명 연장을 40년 이상으로 허용하고, 전력 생산에서 원자력 발전 비중을 줄이려는 계획의 진행 속도를 늦추는 방향으로 변경되었습니다.

지역별 분석

북미: 3.00% 성장률을 기록하는 주요 지역

북미는 가장 중요한 주요 기여 지역이며 예측 기간 동안 연평균 3.00%의 성장률을 보일 것으로 예상됩니다. 북미에서는 원자력 에너지가 주요 관심사입니다. 미국과 캐나다는 소형 모듈형 원자로의 잠재력을 연구하는 동시에 원자력 발전소의 수명 연장에 집중하고 있습니다. 2021년 11월 기준, 미국은 전 세계 30여 개 주에 걸쳐 93개의 원자로를 운영하며 총 95.5GW의 발전 용량을 보유하여 세계 최대 규모의 원자력 발전소를 운영하고 있습니다. 2020년 전 세계 원자력 발전량의 31% 이상을 생산한 미국은 세계 최대 원자력 발전 국가 중 하나입니다.

2020년 이 나라의 원자력 발전소들은 790TWh의 전력을 생산했는데, 이는 2019년 생산량보다 2.3% 소폭 감소한 수치입니다. 유럽에서 원자력 에너지는 2020년 전체 에너지 구성에서 22% 이상을 차지하며 가장 중요한 에너지원 중 하나입니다. 그러나 향후 몇 년 안에 독일, 프랑스, ​​스페인 등 주요 국가 정부들은 일부 원자력 발전소를 폐쇄할 계획입니다. 원자력 발전소는 일반적으로 30년에서 40년 정도 가동됩니다. 유럽의 많은 원자로들이 이 수명에 가까워지고 있으며, 대부분 1960년대와 1970년대에 건설되었기 때문에 개선 및 수명 연장이 필요할 것입니다. 유럽 원자력 발전 시장은 신규 설비 증설 측면에서 소폭 감소세를 보일 것으로 예상됩니다. 또한, 업계는 물 부족 및 재생 에너지 분야 투자와 같은 문제로 인해 제약을 받을 것으로 예상됩니다.

중국은 2021년까지 세계에서 가장 광범위한 신규 원자력 발전 프로그램을 보유하게 될 것입니다. 견고한 프로젝트 파이프라인은 중국 원자력 발전 시장의 전망을 개선할 것으로 예상됩니다. 중국 원자력 발전 시장은 2011년 일본 후쿠시마 원전 사고 이후 정부가 계획 재검토가 완료될 때까지 원자로 승인을 중단하기로 결정하면서 규제 문제에 직면했던 바 있습니다. 중국은 최첨단 기술과 엄격한 기준을 사용하여 원자력 발전 시설을 개발합니다. 설계부터 건설, 운영, 해체에 이르기까지 원자력 발전소의 수명 주기의 모든 단계를 철저히 관리합니다. 2021년 12월 기준 중국은 총 49.77GWe의 용량을 가진 52개의 원자력 발전소를 운영하고 있습니다.

1960년대 브라질과 아르헨티나 정부가 원자력 발전 생산에 중점을 두고 수립되면서 남미에서 원자력 에너지 프로젝트가 처음으로 관찰되었습니다. 양국 모두 향후 몇 년 안에 추가 원자로를 건설하려는 목표를 가지고 있기 때문에 이 지역의 원자력 발전 시장은 성장할 것으로 예상됩니다. 브라질은 탈탄소화 목표 강화와 에너지 수요 급증으로 인해 원자력 발전량이 소폭 증가할 것으로 전망됩니다. 브라질은 2021년 8월 기준으로 두 개의 원자력 발전소를 보유하고 있으며, 이는 브라질 전체 전력의 약 3%를 생산합니다. 1982년에는 최초의 상업용 원자력 발전소가 가동을 시작했습니다. 2020년 2월, 브라질 국영 전력회사인 일렉트로브루어스(Eletrobrés)와 웨스팅하우스(Westinghouse)는 협력하여 최초의 원자력 발전소인 앙그라 1호기의 운영 수명을 40년에서 60년으로 연장했습니다.

원자력 발전 시장 세분화 분석

용도별

에너지 부문은 시장의 주요 기여 부문이며 예측 기간 동안 연평균 2.90%의 성장률을 보일 것으로 예상됩니다. 원자력 에너지는 원자핵을 구성하는 양성자와 중성자에서 방출되는 에너지입니다. 원자핵은 핵분열을 통해 여러 조각으로 분열되거나 핵융합을 통해 융합될 수 있습니다. 핵융합 기술은 아직 연구 개발(R&D) 단계에 있는 반면, 핵분열은 현재 전력 생산에 사용되고 있습니다. 향후 몇 년 동안 세계 도시화는 인구 증가 및 경제 성장과 함께 가속화될 것으로 예상됩니다.

방위 분야에서 원자력 발전은 장기간 재급유 없이 해상에 머무르는 잠수함 추진 및 해군 함정에 가장 적합합니다.

미 육군 원자력 발전 프로그램(ANPP)은 1954년 원자력 위원회와 미 육군 공병대가 외딴 지역이나 접근이 어려운 지역에서 전기를 생산하고 난방을 제공하기 위해 소형 가압수형 및 비등수형 원자로를 개발하는 것을 목표로 설립되었습니다. 최초의 원자력 잠수함인 USS 노틸러스는 1955년에 진수되었습니다. 1960년대에 노틸러스는 단일 가압수형 원자로를 탑재한 잠수함과 8개의 웨스팅하우스 원자로를 탑재한 항공모함 USS 엔터프라이즈의 개발에 중요한 발판을 마련했습니다.

원자로 유형별

가압수형 원자로(PWR) 부문은 시장에서 가장 큰 비중을 차지하며 예측 기간 동안 연평균 3.05%의 성장률을 보일 것으로 예상됩니다. 전 세계적으로 가장 널리 사용되는 원자로 설계는 가압수형 원자로(PWR)입니다.

가압중수로(PWR)에서는 고압의 물이 원자로 노심으로 공급되어 노심에서 방출되는 에너지에 의해 가열됩니다. 원자핵 분열로 인해 열이 방출되고, 이 열은 증기를 생산하는 데 사용됩니다. 중앙 터빈 장치는 터빈 발전기를 회전시켜 냉각수와 감속수 사이의 열 교환으로 생성된 증기를 이용하여 전기를 생산합니다. 증기는 증기 발생기에서 수집되어 중앙 터빈 장치로 전달됩니다.

CANDU(캐나다 중수소우라늄) 원자로는 가압중수로(PHWR)의 다른 이름입니다. 이러한 종류의 원자로는 1950년대부터 캐나다에서 개발되어 왔습니다. 국제원자력기구(IAEA)는 2020년 12월 현재 총 순 용량 23.9GW의 PHWR 원자로 48기가 가동 중이며, 대부분이 캐나다에 있다고 추정합니다. PHWR은 일반적으로 자연적으로 발생하는 비강화 산화우라늄을 연료로 사용하기 때문에 냉각수로 더욱 효율적인 중수가 필요합니다. 중수는 연료 농축 시설 없이 원자로를 가동할 수 있게 하고 중성자 효율을 향상시켜 원자로가 대체 연료 주기를 사용할 수 있도록 합니다. PWR 원자로와 달리 PHWR 설계는 얇은 벽의 압력관을 요구합니다. 이는 압력 경계의 확산과 작은 직경의 압력관에 대한 무시할 수 있는 압력 범위를 가능하게 합니다.

전기를 생산하는 또 다른 형태의 원자로는 비등수형 원자로(BWR)입니다. PWR에 이어 전 세계적으로 두 번째로 큰 시장 점유율을 차지하고 있습니다. 경수를 사용하여 증기를 생성하는 PWR과 유사합니다. 차이점은 증기 발생기의 작동 방식에서 비롯됩니다. BWR에서는 원자로 노심이 물을 직접 가열하여 증기를 생성합니다. 수증기 분리기는 증기를 터빈으로 보내기 전에 여과하고, 터빈에서 이 증기는 전력 생산에 사용됩니다. 새로운 증기는 응축기로 배출되어 PWR과 마찬가지로 물로 응축됩니다. 여러 개의 펌프를 사용하여 재생된 물은 응축기에서 펌핑되어 가열된 후 다시 원자로 노심으로 펌핑됩니다. 현장에 설치된 디젤 발전기는 전력망 장애 발생 시 전기 펌프를 가동합니다.

우라늄을 연료로, 흑연을 감속재로, 헬륨 ​​가스를 냉각재로 사용하는 원자로는 고온 가스 냉각 원자로(HTGAR)라고 합니다. 이 원자로는 에너지를 생산하며 최대 열 출력은 950°C입니다. HTGAR는 이전 세대의 가스 냉각 원자로보다 현대적인 변형으로, 특히 영국에서 널리 상업적으로 사용되고 있습니다.

2020년 12월 기준, 영국은 가동 중인 15개의 가스냉각로(GCR) 중 14개를 보유하고 약 7725MW의 순 용량을 확보하여 GCR의 최대 시장이었습니다. 영국 원자력 에너지의 대부분은 EDF 에너지의 2세대 영국식 가스냉각로인 7개의 가스냉각로(AGR)에서 생산되며, 이 원자로들은 이산화탄소를 냉각재로, 흑연을 중성자 감속재로 사용합니다. 액체 금속 고속 증식로(LMFBR)에서는 나트륨, 나트륨-칼륨 합금, 수은, 납, 납-비스무트, 주석 등 다양한 액체 금속이 냉각재로 사용됩니다. 이러한 냉각재를 사용함으로써 우라늄 자원을 더욱 효율적으로 활용하여 전력을 생산할 수 있습니다. LMFBR은 다른 모든 기존 원자력 발전소와 달리 핵분열을 일으키지 않지만 99.3%의 천연 우라늄을 함유하는 우라늄-238을 사용합니다. 중성자 흡수법을 이용하면 우라늄-238로부터 플루토늄-239를 생성할 수 있습니다. LMFBR의 특징 중 하나는 에너지를 생산하는 동안 소비하는 것보다 더 많은 핵분열성 물질을 생성한다는 것입니다. 원자로는 원자로 노심, 열교환기, 증기 발생기, 증기 터빈, 응축기의 다섯 가지 주요 부분으로 구성됩니다. 원자로 노심을 구성하는 플루토늄과 우라늄 산화물 혼합물은 열과 방사선을 방출합니다. 발생한 열은 액체 나트륨에 의해 흡수되어 두 번째 나트륨 루프를 가열한 후 물을 가열하는 데 사용됩니다. 생성된 증기를 이용하여 발전기가 가동됩니다.