한국 미래 동력원으로서의 소형모듈원자로(SMR) 역량

1. 요약

본 보고서는 대한민국 소형모듈원자로(SMR) 개발 수준을 핵추진잠수함, 도시 및 산업 전력 공급, 그리고 신흥 수요처인 데이터센터 전력 공급이라는 세 가지 핵심 수요 관점에서 심층적으로 분석한다. 분석 결과, 한국은 세계적 수준의 SMR 기술력을 보유하고 있으나, 각 수요 분야별 적용 가능성은 현저한 차이를 보인다.

첫째, 도시·산업 및 데이터센터 전력 공급 분야는 한국 SMR 기술의 상용화 및 시장 선도를 위한 가장 유망한 경로로 평가된다. 특히 정부의 주력 모델인 혁신형 SMR(i-SMR)은 높은 안전성, 경제성, 운전 유연성을 목표로 개발되고 있어, 탈탄소 시대의 안정적인 기저전원 및 재생에너지 보완 전원으로서의 요건을 충족한다. 또한, 폭증하는 데이터센터의 전력 수요에 대응할 수 있는 최적의 분산형 무탄소 에너지원으로서 높은 잠재력을 지닌다.

둘째, 핵추진잠수함 동력원으로서의 SMR 적용은 기술적 구현 가능성에도 불구하고, 한미원자력협정이라는 지정학적 및 법적 제약으로 인해 현실적으로 실현 불가능한 것으로 분석된다. 협정은 우라늄의 군사적 이용을 금지하고 있으며, 이는 잠수함용 원자로 개발의 근원적인 장벽으로 작용한다.

셋째, 한국의 주력 모델인 i-SMR 프로그램의 성공은 단순히 기술적 우수성에 달려있지 않다. 이는 선행 모델인 SMART 원자로가 겪었던 상용화의 어려움을 극복하는 데 초점이 맞춰져 있다. 성공적인 시장 진입을 위해서는 규제 체계의 현대화, 국내 최초호기(FOAK)의 성공적 건설 및 운영을 통한 실증, 그리고 견고한 공급망 생태계 구축이 필수적인 과제로 제시된다.

결론적으로, 한국의 SMR 전략은 실현 불가능한 군사적 적용 대신, 국가 에너지 안보와 탄소중립 목표 달성에 기여하고 새로운 산업 수요에 부응하는 민수용 시장에 역량을 집중해야 한다. i-SMR의 성공적인 상용화는 한국이 차세대 원자력 시장의 글로벌 리더로 도약하는 핵심 동력이 될 것이다.

2. 대한민국 SMR 개발 현황 및 기술 수준

본 장에서는 대한민국의 대표적인 두 SMR 프로그램인 SMART와 i-SMR의 개발 현황과 기술적 특징을 상세히 분석한다. 이는 기술적으로 선도적이었으나 상업적으로는 한계에 부딪혔던 1세대 모델(SMART)에서, 정부의 강력한 지원 하에 전략적으로 추진되는 플래그십 모델(i-SMR)로의 진화 과정을 조명한다.

2.1 선구자: SMART (System-integrated Modular Advanced Reactor)

2.1.1 개발 역사와 세계 최초의 위상

SMART 원자로는 1997년부터 한국원자력연구원(KAERI) 주도로 독자 개발된 대한민국 최초의 SMR 모델이다.1 가장 주목할 만한 성과는 2012년 7월, 전 세계 SMR 노형 중 최초로 자국 규제기관(원자력안전위원회)으로부터 표준설계인가(SDA)를 획득한 것이다.1 이는 수천 건의 가상 사고 시뮬레이션을 통해 안전성을 입증해야 하는 까다로운 과정으로, 이정표적인 성과는 당시 한국의 SMR 기술력이 세계를 선도하고 있었음을 명확히 보여주었다.2

2.1.2 기술적 특징

• 설계 철학: SMART는 원자로, 증기발생기, 가압기, 원자로냉각재펌프 등 주요 기기들을 단일 압력용기 내에 모두 수용한 일체형 가압경수로(iPWR)이다.1 이러한 설계는 주요 기기를 연결하는 대형 배관을 근원적으로 제거함으로써, 기존 대형 원전의 주요 가상 사고 시나리오 중 하나인 대형냉각재상실사고(LBLOCA)의 발생 가능성을 원천적으로 차단하는 획기적인 안전성 향상을 이루었다.1

• 주요 제원: 열출력 365 MWt를 통해 약 110 MWe의 전기를 생산할 수 있도록 설계되었다.1 설계 수명은 60년이며 5, 핵연료로는 국내 대형 원전 운영을 통해 기술이 완전히 검증된 5% 미만의 저농축 우라늄(U-235 < 5\%)을 사용하는 UO_2 연료를 채택하여 인허가 용이성을 높였다.1

• 안전 시스템: 2012년 인가된 설계는 일부 피동형 안전계통(자연력에 의해 작동하는 시스템)을 도입했으나, 핵심적인 안전주입 및 격납건물 냉각 기능은 여전히 외부 전원이 필요한 능동형 시스템에 의존했다.1 목표로 한 안전 수준은 노심손상빈도(CDF) 10^{-7}/노년(reactor-year) 미만이었다.5

2.1.3 상용화 과정과 교훈

SMART는 기술적 성취에도 불구하고 상용화에는 실패했다. 가장 결정적인 원인은 국내에 실증 및 상업 운전을 위한 최초호기(FOAK)를 건설하지 못했다는 점이다.3 운영 실적이 없는 원자로를 해외 시장에 수출하는 것은 사실상 불가능하며, 이는 이후 사우디아라비아와의 공동 개발 및 수출 협상이 실질적인 건설 계약으로 이어지지 못하고 교착 상태에 빠지는 주된 원인이 되었다.3 이러한 경험은 후속 모델인 i-SMR 개발 사업의 예비타당성조사 과정에서 “SMART 사례의 답습을 방지해야 한다“는 핵심 과제로 지적되었으며, 이는 기술 개발 초기부터 명확한 실증 및 수출 전략이 병행되어야 한다는 중요한 교훈을 남겼다.8

2.2 국가대표: i-SMR (innovative SMR)

2.2.1 전략적 위상

i-SMR은 단순한 기술 개발 프로젝트를 넘어, 정부가 지정한 12대 국가전략기술 중 하나로서 국가적 차원에서 추진되는 핵심 사업이다.9 한국수력원자력, 한국원자력연구원, 한국전력기술, 두산에너빌리티 등 국내 원자력 산업의 핵심 주체들이 모두 참여하는 ‘팀 코리아’ 체제로 개발이 진행되고 있어, 국가적 역량이 총결집된 플래그십 프로젝트의 위상을 갖는다.10

2.2.2 기술적 특징과 혁신성

• 출력 향상 및 확장성: i-SMR은 모듈당 170 MWe의 전력을 생산하며, 단일 부지에 최대 4개의 모듈을 배치하여 총 680 MWe까지 확장이 가능하도록 설계되었다.10 이는 부지 활용도와 경제적 확장성을 크게 향상시킨다.

• 혁신적 안전성: i-SMR의 가장 큰 특징은 세계 최고 수준의 안전성 확보다. 목표 CDF는 1.0 \times 10^{-9}/노년으로, 이는 기존 원전 대비 1,000배 이상 향상된 수치이며 SMART의 목표치보다도 훨씬 도전적이다.11 이러한 안전성은 외부 전원 공급 없이도 중력과 같은 자연 현상만으로 원자로를 냉각할 수 있는 완전 피동형 안전계통을 통해 구현되며, 중대사고 발생 시에도 주민 대피가 필요 없는 수준의 안전성 확보를 목표로 한다.10

• 운전 유연성 및 경제성: 노심 제어를 위해 붕산을 사용하지 않는 ‘무붕산 운전’ 개념을 채택하여 운전 편의성과 안전 여유도를 높였다.10 또한, 100%에서 20% 출력까지 분당 5%의 속도로 출력을 조절할 수 있는 부하추종운전 능력을 갖추도록 설계되어, 풍력이나 태양광과 같은 간헐적 재생에너지의 출력을 안정적으로 보완하는 데 최적화되어 있다.12 경제성 목표 역시 대형원전과 대등한 수준인 건설단가 $3,500/kWe, 균등화발전비용(LCOE) $65/MWh를 목표로 설정하여 시장 경쟁력을 확보하고자 한다.12

2.2.3 공식 개발 로드맵

i-SMR 개발 사업은 총 3,992억 원 규모의 정부 연구개발(R&D) 예산이 투입되는 대형 프로젝트로, 한국과학기술기획평가원(KISTEP)의 예비타당성조사를 통과하여 사업 추진의 타당성을 확보했다.8 공식적인 개발 일정은 다음과 같다.

• 인허가 일정: 2025년까지 표준설계를 완료하고, 2026년 초 표준설계인가를 신청하여 2028년까지 최종 인허가를 획득하는 것을 목표로 한다.15

• 상용화 계획: 정부는 2030년대 초 국내 최초호기의 상업 운전을 개시하여 이를 바탕으로 글로벌 SMR 시장에 본격적으로 진입한다는 명확한 목표를 설정했다.15 이를 위해 기술 개발과 병행하여 사업화 및 지식재산권 관리를 전담할 민관 합동 법인 ‘(가칭)i-SMR 홀딩스’ 설립을 추진하는 등 상용화를 선제적으로 준비하고 있다.16

i-SMR 프로그램의 구조는 SMART의 상업적 실패를 제도적으로, 그리고 철학적으로 바로잡으려는 명확한 의도를 보여준다. SMART가 기술 개발 후 상용화 방안을 모색하는 순차적 접근을 취했다면, i-SMR은 기술 개발과 사업화 기반 구축, 그리고 국내 최초호기 건설이라는 상용화 전략을 처음부터 통합하여 추진하고 있다. 이는 원자력 분야에서 기술적 우위만으로는 시장에서 성공할 수 없으며, 기술, 사업 구조, 규제, 그리고 확실한 첫 고객 확보가 통합된 전략이 필수적이라는 값비싼 교훈이 반영된 결과이다.

표 1: 한국형 SMR 기술 비교: SMART vs. i-SMR

출처: 1

3. 수요 벡터 분석 I - 핵추진잠수함 동력원

본 장에서는 한국의 SMR 기술이 전략적 군사 목적인 핵추진잠수함(SSN)에 적용될 수 있는지 그 타당성을 비판적으로 평가한다. 결론적으로, 기술적 가능성은 존재하나 지정학적 현실이 이를 불가능하게 만드는 ’기술적 가능, 지정학적 불가’의 딜레마에 직면해 있음을 분석한다.

3.1 잠수함용 원자로의 요구조건

잠수함에 탑재되는 원자로는 지상 발전용 원자로와는 근본적으로 다른, 극한의 요구조건을 충족해야 한다.

• 고도의 출력밀도와 소형화: 잠수함의 제한된 내부 공간에 탑재되어야 하므로 원자로는 극도로 소형화되어야 하며, 작은 부피에서 강력한 추진력을 낼 수 있는 높은 출력밀도를 가져야 한다. SMR이 ‘소형’ 원자로이긴 하나, 이는 대형 발전소 대비 상대적인 개념일 뿐 잠수함의 엄격한 공간 제약에 최적화된 설계는 아니다.

• 장주기 노심과 핵연료 농축도: 현대 핵추진잠수함의 핵심 경쟁력은 재급유 없이 장기간 작전할 수 있는 능력에 있다. 미국의 버지니아급 잠수함은 93% 이상의 고농축 우라늄(HEU)을 사용하여 잠수함의 수명과 동일한 기간 동안 연료 교체 없이 운용 가능한 ’평생 핵연료’를 구현했다.6 반면, 프랑스의 바라쿠다급이나 러시아의 아쿨라급처럼 20% 미만의 저농축 우라늄(LEU)을 사용하는 경우, 10년에서 25년 주기의 핵연료 교체가 필수적이다.6 이는 비용 증가뿐 아니라, 재급유 기간 동안 잠수함을 작전에서 배제시켜야 하는 전략적 취약점을 야기한다.

• 은밀성 및 성능: 잠수함의 생존성과 직결되는 은밀성을 위해, 원자로는 극도로 조용하게 운용되어야 한다. 이를 위해 저속 기동 시 냉각재 펌프 없이 자연순환만으로 냉각이 가능해야 하며, 고속에서도 소음을 최소화하는 펌프제트와 같은 특수 추진기 탑재가 요구된다.6 동시에 적의 위협으로부터 신속히 회피하거나 목표에 접근하기 위한 지속적인 고속 기동(25~30노트) 능력이 필수적이다.6

3.2 한국 SMR 기술의 잠수함 적용 가능성 평가

SMART와 i-SMR의 일체형 가압경수로 설계는 개념적으로 잠수함용 원자로와 유사하며, 대형 배관을 제거하여 안전성을 높인 소형 설계라는 점에서 기술적 연관성이 있다.6 이론적으로 이 기술을 기반으로 더욱 소형화하고 잠수함 환경에 맞게 개조하는 것은 가능하다.

그러나 지상 발전용으로 설계된 i-SMR(170 MWe)을 그대로 잠수함에 탑재하는 것은 불가능하다. 프랑스 바라쿠다급(50 MWt)이나 러시아 아쿨라급(190 MWt)과 같이 훨씬 작은 규모의 전용 원자로를 완전히 새로 설계해야 한다.6 이는 i-SMR의 단순한 개조가 아닌, 별도의 막대한 자원과 시간이 투입되어야 하는 완전히 새로운 군사 R&D 프로젝트를 의미한다.

3.3 지정학적 장벽: 한미원자력협정

기술적 과제를 넘어, 한국의 핵추진잠수함 개발을 근원적으로 가로막는 결정적이고 협상 불가능한 장벽은 바로 한미원자력협정이다.

• 2015년 개정된 협정은 한국이 미국의 사전 동의 하에 20% 미만으로 우라늄을 농축할 수 있는 길을 열었으나, 이는 평화적 이용에 한정되며 어떠한 형태의 군사적 사용도 명시적으로 금지하고 있다.18 핵추진잠수함의 동력원은 명백한 군사적 목적이므로, 현 협정 체제 하에서는 농축 우라늄을 잠수함 연료로 사용하는 것이 원천적으로 불가능하다.

• 가상적으로 LEU를 사용한 잠수함 개발이 허용된다 하더라도 심각한 성능적 한계에 부딪힌다. 20% 미만의 농축도로는 원하는 수준의 출력과 장주기 운용을 달성하기 어려워, 노심과 핵연료의 부피가 커지고 재급유 주기가 짧아져 전략적 가치가 크게 떨어진다.6 전문가들은 20% 농축도로는 최대 속력이 목표치인 30노트에 미치지 못하는 24~25노트 수준에 그칠 것으로 분석하고 있다.6

• 설령 군사적 이용이 허용되더라도, 잠수함 함대를 운용하는 데 필요한 LEU를 안정적으로 장기간 공급받는 것 자체가 또 다른 외교적, 정치적 난제가 될 것이다.17

3.4 결론: 기술적으로는 가능하나, 지정학적으로는 불가능

결론적으로, 대한민국은 잠수함용 원자로를 설계하고 제작할 수 있는 기초적인 원자력 공학 역량을 보유하고 있다. 그러나 한미원자력협정이라는 지정학적 현실이 경쟁력 있는 핵추진잠수함 개발의 가능성을 사실상 봉쇄하고 있다. 농축도와 군사적 이용에 대한 제약은 기술 혁신만으로는 극복할 수 없는 법적, 정치적 장벽이다. 따라서 한국의 핵추진잠수함 보유 논의는 기술 개발의 문제가 아니라, 한미 동맹의 근간을 이루는 원자력 협력 체계의 근본적인 재협상을 요구하는 고도의 정치적, 외교적 문제로 귀결된다. 현재로서는 실현 가능성이 매우 희박한 시나리오이다.

이러한 맥락에서 한국의 핵추진잠수함 개발 논의는 실제 군사력 증강 방안이라기보다는, 한미 동맹 내에서 더 큰 전략적 자율성을 확보하고자 하는 열망을 반영하는 상징적 의제에 가깝다고 분석할 수 있다. SMR 기술 자체는 이 지정학적 드라마에서 부차적인 역할에 머무를 뿐, 논의의 핵심은 기술이 아닌 외교와 전략에 있다.

표 2: 잠수함용 원자로 요구조건과 한국의 역량 비교

출처: 6

4. 수요 벡터 분석 II - 탄소중립 도시 및 산업단지 전력 공급

본 장에서는 SMR이 도시 및 산업단지의 에너지 공급원으로 활용될 때 갖는 전략적 가치를 분석한다. 이는 한국의 SMR 기술에 가장 유망하고 현실적인 적용 분야로, 국가의 시급한 에너지 과제를 해결하는 핵심적인 역할을 할 수 있음을 논증한다.

4.1 미래 전력망의 중추

• 안정적 기저전원 및 유연성 전원: SMR은 24시간 365일 안정적으로 무탄소 전력을 생산할 수 있는 기저전원으로서, 수명이 다해가는 석탄화력발전소와 노후 원전을 대체할 가장 강력한 대안이다.20 이미 정부는 제11차 전력수급기본계획(실무안)에 2035년까지 0.7 GW 규모의 SMR을 신규 전원으로 반영하며 강력한 정책적 지원 의지를 보이고 있다.20

• 재생에너지와의 완벽한 조화: i-SMR의 뛰어난 부하추종운전 능력은 태양광, 풍력 등 간헐성이 큰 재생에너지의 치명적인 약점을 보완하는 데 최적화되어 있다.12 재생에너지 발전량이 급변할 때 SMR이 신속하게 출력을 조절하여 전력망의 주파수와 전압을 안정적으로 유지할 수 있다. 이는 현재 천연가스(LNG) 발전이 담당하는 역할을 탄소 배출 없이 수행할 수 있음을 의미하며, 재생에너지 비중이 높은 미래 전력망의 안정성을 담보하는 핵심 요소가 된다.20

4.2 입지 유연성과 주민 수용성

• 기존 인프라 재활용: SMR은 대형 원전 대비 단위 출력당 부지 면적이 절반 이하로 작고, 모듈화된 공장 제작-현장 조립 방식으로 건설이 용이하다.20 가장 큰 장점은 폐쇄 예정인 석탄화력발전소 부지에 건설(‘Coal to SMR’)할 수 있다는 점이다.20 이는 막대한 비용과 시간이 소요되는 송전망, 용수 설비 등 기존 인프라를 그대로 활용할 수 있게 하여 경제성을 극대화하고, 신규 부지 확보에 따르는 사회적 갈등을 최소화하는 효과적인 전략이다.

• 방사선비상계획구역(EPZ) 축소 가능성: i-SMR과 같은 차세대 SMR은 중대사고가 발생해도 방사성 물질의 외부 유출 가능성을 극도로 낮춰, 발전소 인근 주민의 대피가 불필요한 수준의 안전성 확보를 목표로 한다.10 이는 규제기관의 인허가를 통해 입증될 경우, 기존 대형 원전의 반경 수십 km에 달하는 EPZ를 획기적으로 축소할 수 있는 근거가 된다.3 EPZ 축소는 SMR을 전력 수요가 집중된 도심 및 산업단지 인근에 건설할 수 있게 만드는 결정적인 요인으로, 주민 수용성을 높이고 국토 이용의 효율성을 제고하는 데 기여할 것이다. 이미 미국의 뉴스케일파워(NuScale Power)가 자사 SMR의 안전성을 입증하여 규제기관으로부터 EPZ 축소 가능성을 인정받은 선례가 있다.3

4.3 전기를 넘어선 활용: 산업용 공정열 공급

SMR의 가치는 전기 생산에만 국한되지 않는다. 제철, 석유화학 등 중화학공업은 제품 생산 과정에서 고온의 열(스팀)을 대량으로 필요로 하며, 현재는 이를 화석연료를 연소시켜 공급하고 있다.20 이는 국가 전체 온실가스 배출의 상당 부분을 차지하는 주요 배출원이다.

SMR, 특히 향후 개발될 고온가스로(HTGR)와 같은 4세대 원자로는 500 \sim 1,000^{\circ}C에 이르는 초고온의 열을 탄소 배출 없이 공급할 수 있다.10 이는 산업 부문의 탈탄소화를 위한 가장 현실적이고 강력한 수단이 될 수 있다. 또한, 이 고온의 열은 지역난방, 해수 담수화, 그리고 청정수소 대량 생산 등 다양한 분야로 활용이 가능해 SMR의 시장을 기하급수적으로 확장시킬 잠재력을 지닌다.1 현재의 i-SMR은 가압경수로형으로 상대적으로 낮은 온도의 열을 공급하지만, 한국이 이 시장에 대응하기 위해 4세대 SMR 기술을 확보하는 것은 논리적인 다음 수순이 될 것이다.

4.4 결론: 높은 기술적 부합도와 강력한 정책 지원

i-SMR의 기술적 특성은 대한민국의 미래 에너지 시스템이 요구하는 조건들과 매우 높은 수준으로 부합한다. 이는 탈탄소화와 전력망 안정성이라는 두 가지 상충될 수 있는 목표를 동시에 달성할 수 있는 효과적인 해결책을 제시한다. 정부의 강력한 지원 의지, 국가 에너지 계획으로의 편입, 그리고 명확한 경제적·환경적 편익은 이 분야가 한국 SMR 기술의 가장 실현 가능하고 영향력 있는 적용처임을 명백히 보여준다.

결국 SMR은 한국이 직면한 에너지 삼중고(trilemma), 즉 ▲탈탄소화라는 국제적 약속 이행, ▲에너지 다소비 산업구조의 경쟁력 유지, ▲재생에너지 확대를 위한 부지 부족이라는 세 가지 난제를 동시에 풀어낼 수 있는 전략적 ‘해결사’ 역할을 할 수 있다. 대규모 재생에너지와 대형 원전이 각각 부지와 수용성 문제에 직면한 상황에서, SMR은 작은 부지, 기존 인프라 활용, 유연한 운전 능력이라는 장점을 통해 국가 에너지 전환을 현실적으로 가능하게 만드는 핵심 열쇠가 될 것이다.

5. 수요 벡터 분석 III - 디지털 미래의 동력: 데이터센터용 SMR

본 장에서는 인공지능(AI) 혁명이 촉발한 데이터센터의 폭발적인 전력 수요에 대응하기 위한 에너지원으로서 SMR이 갖는 새로운 상업적 가치를 분석한다. 이는 SMR 시장에서 가장 역동적이고 폭발적인 성장이 기대되는 분야이다.

5.1 멈출 수 없는 전력 수요

AI 기술의 발전과 클라우드 컴퓨팅의 확산은 데이터센터의 전력 소비량을 기하급수적으로 증가시키고 있으며, 이는 기존 전력망의 공급 능력을 위협하는 수준에 이르렀다.25 데이터센터는 단순히 많은 양의 전력을 소비하는 것을 넘어, 24시간 무중단 운영을 위한 극도로 높은 신뢰도의 전력 공급을 요구한다. 또한, 기업의 ESG(환경·사회·지배구조) 경영 목표 달성을 위해 이 전력은 탄소 배출이 없는 ’청정에너지’여야 한다는 조건이 추가되고 있다.20 이러한 수요는 특정 지역에 집중되는 경향이 있어, 지역 전력망에 극심한 부담을 주므로 데이터센터 부지 내 또는 인근에서 직접 전력을 생산하는 방식이 매우 매력적인 대안으로 부상하고 있다.20

5.2 SMR과 데이터센터의 시너지

SMR은 데이터센터가 요구하는 모든 조건을 완벽하게 충족하는 맞춤형 에너지 솔루션을 제공한다.

• 완벽한 조합: SMR은 ▲작은 부지 면적, ▲규모 확장성, ▲24시간 무중단, ▲무탄소 전력이라는 데이터센터의 핵심 요구사항을 모두 만족시킨다.21 특히 데이터센터와 SMR을 동일 부지에 건설하는 ‘코로케이션(co-location)’ 모델은 외부 전력망의 불안정성으로부터 완전히 독립된 ’사설 전력망’을 구축하여 최고의 안정성을 확보할 수 있다.

• 규모의 확장성: 데이터센터의 전력 수요는 시간이 지남에 따라 점차 증가한다. SMR 발전소는 이러한 수요 곡선에 맞춰 모듈을 단계적으로 증설(예: i-SMR 1호기 건설 후, 수요 증가에 따라 2, 3호기 추가)할 수 있다.23 이는 초기 투자비용을 최적화하고 미래의 불확실성에 유연하게 대응할 수 있게 하는 막대한 경제적 이점을 제공한다.

• 경제적 동인: 글로벌 빅테크 기업들에게 전력 비용과 공급 안정성은 이제 핵심적인 경쟁 우위 요소가 되었다. 자체 SMR을 확보하는 것은 이러한 변수를 직접 통제하고 장기적인 운영 안정성과 비용 예측 가능성을 확보하려는 전략적 결정이다.

5.3 글로벌 동향과 빅테크 기업의 투자

이러한 잠재력은 더 이상 이론에 머무르지 않는다. 세계 최대의 기술 기업들은 이미 SMR 확보를 위해 발 빠르게 움직이고 있다.

• 구글(Google)은 차세대 SMR 개발사인 카이로스 파워(Kairos Power)에 투자하여 향후 자사 데이터센터에 무탄소 전력을 공급받을 계획을 세웠다.25

• 마이크로소프트(Microsoft)는 SMR을 활용한 데이터센터 전력 공급 전략을 수립하기 위해 원자력 전문가를 영입하는 등 적극적인 행보를 보이고 있다.25

이는 전력회사와 같은 전통적인 고객 외에, 막대한 자본력을 갖춘 민간 기업이 SMR의 새로운 핵심 구매자로 부상하고 있음을 보여주는 명확한 시장 신호이다.

5.4 결론: 고성장의 상업 주도형 시장

데이터센터 전력 공급 시장은 전 세계 SMR 시장에서 가장 역동적이고 상업적으로 유망한 분야로 부상하고 있다. 수요는 즉각적이고, 고객(빅테크 기업)은 동기가 명확하며 자금력이 충분하고, SMR이 제공하는 가치는 매우 명확하다.

한국의 i-SMR은 진보된 안전성과 도전적인 경제성 목표를 바탕으로 이 시장에서 충분한 경쟁력을 가질 수 있다. 개발 일정과 비용 목표를 성공적으로 달성한다면, 글로벌 데이터센터 프로젝트 수주 경쟁에서 중요한 플레이어가 될 수 있을 것이다. AI가 촉발한 데이터센터의 전력 수요 증가는 SMR의 사업 모델 자체를 근본적으로 변화시키고 있다. 과거 수십 년이 걸리는 정부 주도의 공공 인프라 사업이었던 원자력 발전이, 이제는 민간 부문이 주도하는 첨단 기술 제품으로 변모하고 있는 것이다. 이러한 새로운 패러다임은 표준화된 모듈을 대량 생산하는 제조업 역량이 핵심 경쟁력이 되므로, 한국의 강력한 제조업 기반은 이 시장에서 상당한 강점으로 작용할 수 있다.

6. 종합 분석 및 전략적 전망

본 장에서는 앞선 세 가지 수요 벡터 분석을 종합하여 한국 SMR의 적용 가능성을 비교 평가하고, 상용화를 위해 반드시 극복해야 할 핵심 과제들을 도출한다. 이를 바탕으로 정부와 산업계를 위한 구체적인 전략적 제언을 제시한다.

6.1 수요 벡터별 타당성 비교 분석

각 수요 분야에 대한 분석 결과를 종합하면, 한국의 SMR 역량과 자원을 집중해야 할 우선순위는 명확해진다.

• 1순위 (최우선): 도시·산업 및 데이터센터 전력 공급

• 이 두 분야는 본질적으로 한국 SMR의 핵심 민수 시장을 형성한다. 기술적 부합도가 매우 높고, 강력한 정책적 지원(도시·산업)과 폭발적인 상업적 수요(데이터센터)가 존재하며, 극복 불가능한 지정학적 장벽이 없다. 국가 에너지 안보, 탄소중립, 신산업 육성이라는 다차원적 목표를 동시에 달성할 수 있는 가장 현실적이고 유망한 경로이다.

• 3순위 (실현 불가): 핵추진잠수함 동력원

• 기술적 호기심과 전략적 필요성에도 불구하고, 한미원자력협정이라는 지정학적, 법적 장벽이 절대적인 제약으로 작용하여 현재로서는 실현이 불가능하다. 제한된 국가 R&D 자원을 이 분야에 투입하는 것은 비효율적이며, 외교적 마찰만 유발할 가능성이 크다.

6.2 상용화를 위한 핵심 도전과제

i-SMR의 성공적인 시장 진입을 위해서는 다음과 같은 중대한 과제들을 해결해야 한다.

• 규제 체계의 현대화: 현재의 원자력 안전 규제 체계는 부지마다 맞춤형으로 건설되는 대형 원전에 맞춰져 있다. 공장에서 표준화된 모듈을 대량 생산하여 현장에서 조립하는 SMR의 특성을 반영한 새롭고 효율적인 인허가 절차가 시급히 마련되어야 한다.3 이는 전 세계 모든 SMR 개발국이 공통적으로 직면한 과제로, 규제 혁신의 속도가 상용화의 속도를 결정할 것이다.

• 경제성 입증과 최초호기(FOAK) 건설: i-SMR의 시장 경쟁력은 목표 건설단가($3,500/kWe)를 실제로 달성할 수 있느냐에 달려있다.12 이는 오직 국내에 최초호기(FOAK)를 성공적으로 건설하고 운영함으로써만 입증될 수 있다. 이 국내 실증 원전의 확보는 SMART의 실패를 반복하지 않고 해외 수출 시장의 문을 여는 가장 중요한 단일 과업이다.8

• 공급망 구축 및 표준화: SMR의 경제성은 표준화된 모듈을 공장에서 대량 생산하는 ’규모의 경제’에서 나온다. 이를 위해서는 원자로 압력용기부터 각종 펌프, 밸브, 계측기기에 이르기까지 고품질의 부품을 안정적으로 공급할 수 있는 산업 생태계 구축이 필수적이다. 이는 단일 기업의 노력만으로는 불가능하며, 국가적 차원의 공급망 육성 전략이 요구된다.27

6.3 정책 및 산업 전략 제언

6.3.1 정부(정책 결정자)를 위한 제언

• 국내 최초호기(FOAK) 신속 추진: 더 이상 지체 없이 i-SMR 최초호기 건설 부지를 확정하고, 차액결제계약(CfD)이나 정부 대출 보증과 같은 혁신적인 재정 지원 모델을 도입하여 2030년대 초 상업 운전 목표가 차질 없이 달성되도록 총력을 기울여야 한다.

• SMR 전담 규제 혁신 추진: 원자력안전위원회(NSSC)와 산업계가 참여하는 ’SMR 규제혁신 태스크포스’를 즉시 가동하여, SMR에 특화된 효율적이고 예측 가능한 인허가 경로를 개발해야 한다. 미국, 캐나다 등 선도국의 규제 경험을 적극적으로 벤치마킹할 필요가 있다.15

• 전략적 수출 외교 강화: 국내 최초호기 건설 진행 상황을 지렛대로 삼아, 유럽, 동남아시아 등 잠재적 SMR 도입국과의 정부 간 협력(G2G) 채널을 강화하고, 수출을 위한 금융 지원 및 기술 협력 패키지를 선제적으로 마련해야 한다.15

6.3.2 산업계(‘팀 코리아’)를 위한 제언

• ’제조 용이성 설계(Design for Manufacturability)’에 집중: 최종 설계 단계에서부터 목표 건설단가($3,500/kWe)를 달성할 수 있도록, 공장에서 효율적이고 저렴하게 대량 생산하는 데 최적화된 설계를 완성해야 한다.

• 선제적 공급망 구축: 최종 설계 완료를 기다리지 말고, 지금부터 잠재적 협력업체를 발굴·인증하고 모듈 제작에 필요한 첨단 제조 기술에 대한 투자를 시작하여 공급망 병목 현상을 사전에 방지해야 한다.27

• 적극적인 대국민·시장 소통: 국내 최초호기 부지에 대한 주민 수용성을 확보하기 위해 투명하고 과학적인 정보에 기반한 소통 노력을 강화해야 한다. 동시에, 데이터센터 운영사와 같은 잠재적인 대규모 민간 고객들과 직접 접촉하여 맞춤형 SMR 공급 모델을 공동으로 개발하는 노력이 필요하다.

표 3: SMR 수요 벡터별 적합성 종합 평가 매트릭스

7. 결론

대한민국은 혁신형 SMR(i-SMR)을 필두로 글로벌 차세대 원자력 시장 경쟁에서 유리한 고지를 점하고 있다. i-SMR이 지향하는 세계 최고 수준의 안전성, 경제성, 유연성은 국가 에너지 전환의 핵심 과제를 해결하고, AI 시대가 요구하는 새로운 전력 수요에 부응할 수 있는 강력한 잠재력을 보여준다.

그러나 앞으로의 10년은 한국 SMR의 성패를 가를 결정적인 시기가 될 것이다. 이제 경쟁의 무대는 연구실에서 공장과 건설 현장, 그리고 정부 부처의 회의실로 옮겨졌다. 성공은 더 이상의 기술적 발명이 아닌, 탁월한 실행력에 의해 결정될 것이다. 즉, ▲국내 최초호기를 약속된 시간과 예산 내에 완공하고, ▲SMR 시대에 맞는 규제 시스템을 신속하게 구축하며, ▲세계 시장을 선도할 수 있는 제조 생태계를 완성하는 것이 핵심 과제이다. 한국이 이 도전과제들을 성공적으로 완수한다면, SMR은 대한민국의 미래를 밝히는 핵심 동력원이자 차세대 수출 산업의 주역으로 자리매김할 것이다.

8. Works cited

1. 한국형 소형원전 SMART 개발 및 수출시장 진출을 위한 노력, accessed October 30, 2025, https://www.kaeri.re.kr/AtomicNews/expert/202012/images/Brief_Report_202012.pdf
2. 22년 기술 축적 ‘SMART’···소형원전 시장 제패 꿈꾼다 - 헬로디디, accessed October 30, 2025, https://www.hellodd.com/news/articleView.html?idxno=68067
3. 소형모듈원전(SMR)의 도전과제와 국내외 동향 - 에너지경제연구원, accessed October 30, 2025, https://www.keei.re.kr/keei/download/focus/ef2210/ef2210_30.pdf
4. 국내 최초 완전 피동형 소형모듈원전, SMART100 표준설계인가 획득 < 보도자료 < 소통마당, accessed October 30, 2025, https://kaeri.re.kr/board/view?menuId=MENU00326&linkId=12112
5. KAERI/TR-2142/2002 : 일체형원자로(SMART) 기본설계 보고서 - INIS-IAEA, accessed October 30, 2025, https://inis.iaea.org/collection/NCLCollectionStore/_Public/35/077/35077001.pdf
6. 한국형 원자력추진 잠수함의 임무기반 요구조건분석 연구 - KNST, accessed October 30, 2025, http://journal.knst.kr/xml/41221/41221.pdf
7. SMART100 표준설계인가(안), accessed October 30, 2025, https://www.korea.kr/common/download.do?fileId=197890244&tblKey=GMN
8. 2021년도 예비타당성조사 보고서 혁신형 소형모듈원자로(i-SMR) 기술개발사업, accessed October 30, 2025, https://www.kistep.re.kr/reportDetail.es?mid=a10305070000&rpt_tp=831-003&rpt_no=RES0220220131
9. 차세대 미래기술 ‘소형모듈원전’ 기술과 탄소중립을 선도하는 한국수력원자력 중앙연구원 iSMR 현장에 방문하다 - 국민이 말하는 정책 - 대한민국 정책브리핑, accessed October 30, 2025, https://m.korea.kr/news/reporterView.do?newsId=148935364§Id=&pageIndex=1
10. 소형모듈형원전(SMR) 글로벌 산업 동향 - KDB미래전략연구소, accessed October 30, 2025, https://rd.kdb.co.kr/fileView?groupId=7E57FE8C-2878-CB83-63B2-B889E4E639A6&fileId=4FD376E7-EC1A-D773-EA68-D501F5A98833
11. 우리나라의 SMR 개발 및 상용화 가능성, accessed October 30, 2025, http://niftep.snu.ac.kr/site/download.asp?bid=9&file=04%5F%EC%9A%B0%EB%A6%AC%EB%82%98%EB%9D%BC%EC%9D%98+SMR+%EA%B0%9C%EB%B0%9C+%EB%B0%8F+%EC%83%81%EC%9A%A9%ED%99%94+%EA%B0%80%EB%8A%A5%EC%84%B1%5F%EA%B9%80%ED%95%9C%EA%B3%A4%280%29%2Epdf
12. SMR(i-SMR, SMART, SFR) | SMR | 원자력 | 사업영역 - 한국전력기술, accessed October 30, 2025, https://www.kepco-enc.com/menu.es?mid=a10302040200
13. 혁신형 소형모듈원자로(SMR) 개발현황과 발전방향 - 에너지경제연구원, accessed October 30, 2025, https://www.keei.re.kr/keei/download/focus/ef2403/ef2403_40.pdf
14. [보고서]혁신형 소형모듈원자로(i-SMR) 기술개발사업 - 한국과학기술정보연구원, accessed October 30, 2025, https://scienceon.kisti.re.kr/srch/selectPORSrchReport.do?cn=TRKO202300003708
15. 차세대 원자력 확보를 위한 기술개발 및 실증 추진방안(안), accessed October 30, 2025, https://hrstpolicy.re.kr/kistep/kr/policy/policyPlanKorDetail.html?rootId=2003000&menuId=2003102&board_class=BOARD01&board_seq=54483
16. 내년까지 혁신형 SMR 표준설계 완료…2030년대 글로벌 SMR 시장진입 겨냥 - 뉴스핌, accessed October 30, 2025, https://www.newspim.com/news/view/20240604000488
17. 대한민국의 원자력 잠수함 계획/쟁점 - 나무위키, accessed October 30, 2025, https://namu.wiki/w/%EB%8C%80%ED%95%9C%EB%AF%BC%EA%B5%AD%EC%9D%98%20%EC%9B%90%EC%9E%90%EB%A0%A5%20%EC%9E%A0%EC%88%98%ED%95%A8%20%EA%B3%84%ED%9A%8D/%EC%9F%81%EC%A0%90
18. 李 “핵추진 잠수함 허용을… 현재론 北-中수역 잠수함 추적 제한” - 동아일보, accessed October 30, 2025, https://www.donga.com/news/Politics/article/all/20251030/132665019/2
19. 핵추진 잠수함 만들 기술은 있다… 관건은 ‘연료’, 복병은 ‘장소’? - Daum, accessed October 30, 2025, https://v.daum.net/v/20251030172251572
20. 재생에너지 전환 시대, SMR의 전략적 역할, accessed October 30, 2025, https://file.kdb.co.kr/fileView?groupId=F196F99F-2ED9-F5DD-510F-F42AA90C7482&fileId=98BA693E-2D25-4766-7AD0-0D9084831AF9
21. 탄소중립 시대, SMR이 진짜 에너지 솔루션일까? : Insight - Y-VENTURES, accessed October 30, 2025, http://yventures.ac/academia-insight/?bmode=view&idx=165463581
22. SMR(소형모듈원자로)의 무한한 가능성과 전략 : 삼일회계법인 - PwC, accessed October 30, 2025, https://www.pwc.com/kr/ko/insights/industry-focus/smr-guidebook.html
23. 소형모듈형원자로(SMR) - 국가녹색기술연구소, accessed October 30, 2025, https://nigt.re.kr/gtck/jungbomadang.do?mode=download&articleNo=3980&attachNo=4811
24. SMR(소형모듈원자로)의 무한한 가능성과 전략 - PwC, accessed October 30, 2025, https://www.pwc.com/kr/ko/insights/industry-focus/samilpwc_smr-guidebook.pdf
25. 주요 동향(2) : ICT, accessed October 30, 2025, https://www.kistep.re.kr/gpsBoardDownload.es?board_se=trend&list_no=3412&seq=1
26. 소형모듈원자로(SMR) 기술 현황과 한국의 대응 상황 - 베타뉴스, accessed October 30, 2025, https://www.betanews.net/article/view/beta202504270013
27. 전세계 ‘4세대 SMR’ 쭉쭉 치고 나가는데···한국 시급한 해결 과제는?, accessed October 30, 2025, https://www.womaneconomy.co.kr/news/articleView.html?idxno=232450
28. 소형 모듈형 원자로(SMR)의 기술 트렌드와 시장 전망 - IRS글로벌, accessed October 30, 2025, https://www.irsglobal.com/bbs/rwdboard/27856