원전 산업에 대해 이해하고 싶어서 레포트를 찾던 중
저같은 초보에게도 좋은 산업 레포트를 찾았습니다.
'22년 6월 발간된 레포트
SMR 크기가 전부는 아니잖아요
(by. 이베스트투자증권)
NPP (Nuclear Power Plant)
1. 핵분열?
-. 무거운 원자핵이 가벼운 원자핵으로 분열되는 현상
-. 중성자-우라늄 충돌 → 우라늄 붕괴 → 바륨, 크립톤(중성자, 에너지 발생)
-. 연쇄반응이 빠르면 핵폭탄, 안정적으로 운영하면 원자력발전
2. 원자로 종류
1) 글로벌 원자로 현황
-. 냉각제, 감속제, 연료, 내부구조에 따라 구분
-. 현재 주력 원자로: PWR, BWR, PHWR
2) 원자로 분류
① 가압경수로(PWR): 작동방식
-. 원자로 노심에서 핵분열과 함께 열 발생(330℃)
-. 원자로에서 발생한 열 흡수 → 1차 계통 냉각수 온도 상승
(가압기 때문에 325℃에서도 끓지 않음)
-. 증기 발생기에서 1차계통, 2차 계통 냉각수 간 열교환 발생(증기생산)
-. 생산된 증기는 증기 관을 따라 발전기 터빈 회전
-. 사용된 증기는 응축기(Condenser)를 거치며 다시 냉각수로 변환
-. 안정성이 높아 글로벌 원자로 중 비중이 가장 높음
-. 누적 가동시간이 많아 기술 성숙도 높음
| 장 점 | 단 점 |
| 기술 성숙도 높음 (원전 안전규제 경험 多) |
높은 부품 안정성 필요 (고압에서 작동) |
| 냉각수 누출사고 발생 시 오염 발생 확률 적음 |
원자로, 증기발생기 생산업체가 제한적 |
| 외부전력 차단 상황에서 핵분열 반응 억제 가능 |
원자로 설계가 복잡함 |
② 비등경수로(BWR): 작동방식
-. 원자로 노심에서 핵분열과 함꼐 열 발생(285℃)
-. 대류현상으로 올라간 물과 증기 혼합물 내 수분 제거
-. 먼저, 증기분리기에서 물방울 분리 후 건조기에서 남은 수분 제거
-. 원자로를 빠져나간 증기는 발전기 터빈 회전
-. 사용된 증기는 응축기를 거치며 다시 냉각수로 변환
-. 원자로 안에서 직접 증기를 생산하는 구조.
-. 제어봉 집합체가 노심하부에 삽입(외부전력 차단 시 원자로 제어 불가능)
| 장 점 | 단 점 |
| 단순한 설계 구조 (증기발생기, 가압기 無) |
냉각제 누출 시 방사선 유출 가능성 높음 |
| 원자로 내부 압력을 낮게 유지 가능 |
유지보수 비용 추가 (발전기 터빈 차폐) |
| 가압 경수로 대비 열 효율이 높음 |
'11년 후쿠시마 원전 사고 당시 원자력 발전소 Type |
③ 가압중수로(BHWR)
-. 냉각제와 감속재로 경수(H₂O) 대신 중수(D₂O) 사용
-. 중수는 경수 대비 중성자 흡수 비율 낮음
-. 농축 우라늄이 아닌 천연 우라늄 사용 가능
-. 원자로를 수평으로 설치.
-. 정상 운영하면서 소량의 핵연료집합체 교체 가능
-. 캐나다 개발, aka. CANDU(CANada Deterium Uranium)
| 장 점 | 단 점 |
| 천연 우라늄 사용 (연료비 저렴) |
전체 운용 비용 높음 (중수 가격 비쌈) |
| 우라늄 농축시설 필요 없음 |
고준위 핵폐기물 양 多 |
| 가동률 높음 (원전 가동 중 연료 교체) |
- |
3. 원자력 발전소 구조 (PWR 기준)
1) 개요
-. 1차 계통은 압력용기, 증기발생기, 냉각펌프, 가압기 및 배관 등 중요한 부품들로 구성됨
-. 설계디자인에 따라 증기발생기, 냉각수 펌프 등 배치가 달라짐
-. Two-loop(0.5GW), Three-loop(0.7~0.9GW), Four-loop(0.9~1.2GW)
-. 국내 APR1400: 증기발생기 2기+냉각수펌프 4기
2) 원자로 압력용기 (Reactor Pressure Vessel)
-. 원자로 노심보호 및 냉각수 흐름을 만드는 구조
-. 고압에서 안정적으로 버틸 수 있는 구조물(두께 20~30cm, 높이 15m)
-. 자재 몰리브덴 강, 냉각수 접촉부 스테인리스 강 사
-. 생산 가능 업체가 제한적임
-. 3세대 원전의 원자로 가압용기는 15,000톤 규모의 단조 프레스 필요
(7개 국가에서만 보유 중)
3) 제어봉(Control Rod)
-. 핵분열로 생성된 중성자 3개 중 일부중성자를 흡수
-. 임계(Criticality): 연쇄반응을 일정 비율로 유지하는 현상
-. 임계상태를 유지하기 위해 중성자 수 조절
-. 연료 펠릿에 삽입하여 연쇄반응 속도를 줄이거나 제어봉을 제거하여 연쇄반응 촉진
4) 증기발생기(Steam Generator)
-. 열교환기 역할. (1차 계통 냉각수 ↔ 2차 계통 냉각수)
-. 2차 계통 냉각수가 열을 흡수하면 끓기 시작하여 증기를 생산.
-. 생산 가능 업체는 제한적임 (∵ 설계복잡성)
5) 냉각수 펌프(Coolant Pump)
-. 냉각수 순환 장치.
-. 원자로 내부 온도차에 의한 대류현상 → 냉각수 순환.
-. 원자로 열을 모두 제거할만큼 유속이 빠르지 않음. (펌프 필요)
-. 원자로 온도유지를 위해 펌프 항시 작동 필요.
-. 클래스1 밸브는 NSSS(Nuclear Steam Supply System)에 들어감.
-. 고압에서 버텨야 하므로 생산 업체 제한적
-. 클래스2 밸브는 많은 기업에서 생산함.
6) 가압기(Pressurizer)
-. 원자로 내부 압력을 높게 유지.
-. 물과 증기 균형을 유지시켜 일정 압력 유지
-. 상단의 물분무 시스템은 압력을 낮춤
-. 하단의 위치한 전기 히터는 압력을 높임
-. 전세계적으로 많은 기업에서 생산 가능(부품 국산화).
7) 원전 제어장비(Control and Instrumentation)
-. 원자로에서 발생하는 다양한 물리적인 지표를 측정.
-. 측정 지표를 기준으로 핵분열 반응 속도 조절.
-. 원자로마다 환경이 다르므로 제어장비 설계를 위해 원자로 운영 경험필요
-. 국산화하기 어렵고 진입장벽 높음.
-. 제어장비 업체는 주기기 생산버체와 전략적 파트너 관계 유지
8) 터빈(Turbine)
-. 열에너지(원자로) → 운동에너지(터빈) → 전기에너지(발전기)
-. 보통 고압터빈 1개 + 저압터빈 2~3개 직렬구조로 배열
-. 대형원전에서 사용하는 터빈은 화력발전소보다 더 큼
-. 생산 가능 업체 제한적임
-. APR1400 기준 터빈 회전수: 1,800rpm (화력발전: 3,600rpm)
4. Supply Chain
1) 원전 Supply Chain 특징
-. 원전 수출/수입은 국가간 외교적 동맹관계를 의미(유지보수 및 기술이전 등)
-. 미국 GE, Westinghouse가 PWR 원자로 설계기술을 수출
(다양한 국가들과 협력/패권 관계 유지 중)
-. Tier2(내재화): 일본, 독일 프랑스, 한국, 중국
-. Tier1(설계업체): 원전공급망 설정 및 관리
-. Supply Chain 아래로 내려갈수록 경쟁강도↑, 진입장벽↓
5. 원전 스몰캡 (By. 이베스트투자증권)
해당 레포트에서 대형 원전의 기초에 대해서 많이 알게 되었습니다.
총 71페이지의 레포트 중 절반정도 정리해본 것 같네요.
이 뒤에 SMR 등에 대해 정리할 수 있도록해보겠습니다.
그리고 해당 레포트에서 소개된 '두산에너빌리티'도
관심을 가져봐야 할 것 같습니다.
'공부할거리 > 투자공부' 카테고리의 다른 글
| [기업 분석] 두산에너빌리티 (원전대장 찾기 1) (0) | 2023.07.20 |
|---|---|
| [산업 분석] 원전 산업 기초 공부 ②SMR (0) | 2023.07.17 |
| [산업 분석] 왜 원전인가? (레포트 읽기) (0) | 2023.07.16 |
| [내가 보려고 하는 기업분석] 비엠티 IR자료 보기 (0) | 2023.07.15 |
| [내가 보려고 하는 기업분석] 비엠티 사업보고서 읽기① (1) | 2023.07.12 |
