아래 글은 광주환경운동연합이 주최한 '광주전남원전은 안전한가' 토론회 발제문 전문입니다.
후쿠시마 원전과 우리나라 원전안정
- 김숭평(조선대학교 원자력공학과 교수)
Ⅰ. 후쿠시마 원전 사고 경위 및 현황
❒ 발생일시 : 2011. 3. 11(금) 14:46
❒ 지진규모 : 9.0
❒ 진앙 : 일본 도호쿠(東北)지방 부근 해저
(동경 북동쪽 370km 거리)
❒ 원전 관련 사항 : 10기 원전 가동정지
○ 후쿠시마 다이이치 1,2,3, 후쿠시마 다이니 1,2,3,4, 오나가와 1,2,3
2. 원전 현황
[일본에서 운영중인 54기 원전 중 진앙지 인접 원전은 총 13기]
❒ 후쿠시마 다이이치 (제1발전소)
| 호기 | #1 | #2 | #3 | #4 | #5 | #6 | 발전소 전경 |
| 용량(MWe) | 460 | 784 | 784 | 784 | 784 | 1,100 |
|
| 상업운전일 | ’71.3 | ’74.7 | ’76.3 | ’78.10 | ’78.4 | ’79.10 | |
| 현황 | 운전중 자동정지 | 정기점검 중 | |||||
☞ 진앙거리/내진설계값(g) : 220km / 0.37g(지진규모 7.1)
❒ 후쿠시마 다이니 (제2발전소)
| 호기 | #1 | #2 | #3 | #4 | 발전소 전경 |
| 용량(MWe) | 1,100 | 1,100 | 1,100 | 1,100 |
|
| 상업운전일 | ’82.4 | ’83.2 | ’85.6 | ’87.8 | |
| 현황 | 운전중 자동정지 | ||||
☞ 진앙거리/내진설계값(g) : 250km / 0.37g(지진규모 7.1)
❒ 오나가와 발전소
| 호기 | #1 | #2 | #3 | 발전소 전경 |
| 용량(MWe) | 524 | 825 | 825 |
|
| 상업운전일 | ’83.11 | ’94.12 | ’01.5 | |
| 현황 | 운전중 자동정지 | |||
☞ 진앙거리/내진설계값(g) : 120km / 0.38g(지진규모 7.2)
3. 사고 원전별 현황
[근거 : 일본 NSC, METI, NISA, EEPCO, JAIF, 언론 발표자료]
3.1 후쿠시마 1원전 1호기
| 1호기 현황 | 특이사항 | 비고 |
| 노심노출상태(-1.65m) (@ 3.25 10:00) | ▪원자로건물상부폭발(@ 3.12 15:36) ▪외부송전선연결, 부하측 건전성 점검중 (MCR 조명복구 @3.24 11:30) ▪격납용기 압력 295kPa[설계압력427kPa] 감소, 원자력압력 유지 450kPa (@3.25 10:00) | 핵연료손상, 격납용기 건전 해수주입량 증가하여 냉각 중 |
3.2 후쿠시마 1원전 2호기
| 2호기 현황 | 특이사항 | 비고 |
| 노심노출상태(-1.20m) (@ 3.25 10:00) | ▪원자로건물내 폭발(@ 3.15 06:10) ▪외부송전선연결, 부하측 건전성 점검중 (@ 3.20～) ▪사용후연료저장조 냉각(@ 3.25 12:19) | 핵연료손상, 격납용기 손상 (추정) 해수주입 냉각 중 |
3.3 후쿠시마 1원전 3호기
| 3호기 현황 | 특이사항 | 비고 |
| 노심노출상태(-1.90m) (@ 3.25 10:00) | ▪원자로건물 상부폭발(@ 3.14 11:01) ▪외부전원복구중(MCR 조명복구 @3.22 22:43) ▪사용후연료저장조 해수 간헐적 주입 (@ 3.23) | 핵연료손상, 격납용기 손상 (추정) 해수주입 냉각 중 |
3.4 후쿠시마 1원전 4호기
| 4호기 현황 | 특이사항 | 비고 |
| 사용후연료 저장조 온도 상승 [1331개 사용후연료 보관] (100.0℃@ 3.24 02:40) | ▪원자로건물내 수소연소화재(2회)로 건물 일부 손상(@ 3.15 11:30, 3.16 05:45) ▪콘크리트펌프차(50t/h)로 방수 (3.22 17:00～) ▪외부송전선연결, 부하측 건전성 점검중 (@ 3.22～) ▪사용후연료저장조 냉각(@ 3.25 10:20) | 원자로내 핵연료 없음 해수주입 냉각 중 지진발생전 정지 (정기검사중, 10.11.30～) |
3.5 후쿠시마 1원전 5,6호기
| 5,6호기 현황 | 특이사항 | 비고 |
| 사용후연료 저장조 온도 #5/#6 : 39.5℃/19.5℃ @ 3.25 10:00 | ▪기동용변압기까지 수전(@ 3.20 19:52) ▪전원공급을 6호기 비상발전기에서 소외 전원으로 전환 운전중(3.21～) | 지진발생전 정지 (정기검사중) 저온정지상태 |
※ 1발 1,2,3,4호기에 대해 외부송전선 연결, 부하 건전성 점검후 전원공급예정(1,3호기 주제어실 조명전원 공급), 5,호기는 외부송전선으로부터 정상전력공급중(@ 3.22 19:17～)
※ 1발 1,2,3,4호기는 냉각기능상실로 핵연료의 상당한 손상이 추정됨. 1호기 격납용기 압력은 감소추세, 압력용기 압력은 감소 추세, 온도는 약간 감소(약 197.8℃). 해수주입 지속 중
3.6 후쿠시마 2원전
| 현 황 |
| 1,2,3,4 호기 지진으로 자동정지 된 후 저온정지 상태에서 안전상태 유지중 소외전원 확보 상태 |
3.7 특이사항
☞ 3.26 06:20 현재 1,2,4호기에서 지속적으로 백색 연기 방출이 확인됨.(METI)
☞ 3호기 터빈건물에서 피폭(@ 3.24일)된 작업자 3명(2명 다리피부 오염)이 접촉한 물에 대한 조사결과 물표면 선량률 약 400 m㏜/h, 감마선 핵종 분석결과 시료농도는 각 핵종 합계 약 3.9×106 ㏃/㎤임.(METI)
☞ 3호기 현장 물 시료분석 결과로 원자로에서 방사성물질이 누출 가능성이 높음.(NHK)
☞ 3.25 15:40부터 1호기 담수 주입 시작(해수로 인한 원자로기기 영향 우려). 일본 경제신문)
후쿠시마 원전 1호기 방사성물질 누출 과정
원자로 내부 증기 배출 시나리오
Ⅱ. PWR / BWR 원전의 설계 특성
1. 설계특성
| 구 분 | PWR | BWR |
| 설계 특성 | 증기발생기에서 증기발생 | 원자로 내에서 증기 발생 |
|
원자로측 폐쇄회로 형성, 원자로에서 발생된 열은 증기발생기에서 열교환되어 터빈·발전기를 구동시켜 전기생산 |
원자로측과 터빈측이 분리되어 있지 않으므로(증기발생기, 가압기 없음) 원자로에서 발생된 증기가 터빈·발전기를 구동시켜 전기생산 | |
| 노심내 비등을 허용하지 않음 (별도의 증기발생기 설치) * 노심내 잔열제거는 증기발생기와 비상노심냉각계통을 이용 | 노심내 비등 허용 (원자로 자체가 증기발생기 기능) * 안전밸브를 통해 압력을 외부로 유출 |
2. 안전성 특성
| 안전성 특성 | PWR | BWR |
| 구조적 안전성 확보 | 원자로에 물이 가득차 있으므로 연료봉 온도가 천천히 상승함. 제어봉이 원자로 위쪽에 설치되어 있어 전력상실 시 중력에 의해 동작 수행. 격납용기가 크므로 사고 발생시 대처 시간이 충분함 | 원자로는 물과 수증기가 함께 있어 사고 발생 시 연료온도의 급격한 상승 초래 제어봉이 아래쪽에 있어 사고시 연료 용융시 동작 불능 격납용기가 작아 내부압력이 급격히 올라가므로 사고 발생에 따른 대처시간 부족 |
| 2차계통 사고시 방사능누출 가능성 | 1차계통이 원자로와 증기발생기가 분리되어 있어, 증기발생기에서 발생한 수증기에는 방사능물질이 포함되지 않으므로, 2차계통 사고시 방사능유출 가능성이 거의 없음 | 원자로에서 발생한 증기가 터빈에 공급되므로 2차계통 사고시에도 방사선누출 가능성이 높음
|
| 전원상실시 노심냉각 | 증기발생기를 이용하여 자연순환냉각을 통해 노심냉각 | 자연순환 냉각기능 없음 |
| 수소 제거 | 격납용기내 백금촉매를 이용한 수소 제거 | 원자로 건물로 방출 조화설비를 거쳐 굴뚝으로 방출되도록 설계 원자로 건물내 수조집적 가능 |
Ⅲ. 국내 원전의 지진, 해일 환경 영향
[지진]
❒ 국내 모든 원전은 지반가속도 0.2g로 내진설계 되어 있는 바, 진앙지와 가장 가까운 울진 원전(1,164㎞)에서 계측된 지반가속도는 0.0006g수준으로 국내원전의 안전에 영향은 전혀 없었음
❒ 지진감시체계
○ 지진감시 설비 운영 : 발전소별 격납건물 10개소, 보조건물 3개소의 지진가속도계 설치
- 별도로 원전 주변지역에 총 13개소의 정밀 지진관측망 운영
☞ 관측결과는 기상청, KINS, KEARI, 한국지질자원연구원과 상호공유
※ 4개원전 본부 인근지역 지진관측망 운영
- 고리 4개소, 영광 4개소, 월성 2개소, 울진 2개소, 삼랑진 1개소
☞ KINS 4개소, 지질자원연구원 6개소 기상청 2개소 포함시 총 25개소
❒ 지진 발생시 대응 및 복구 조치
○ 발전소 안정화 조치
- 운전 정지기준(중력가속도0.1g, 규모 6.0) 초과 시 발전소 수동정지
- 관련 절차서(비정상, 비상운전)에 따라 안정화 조치
- 방사선 비상계획서에 따라 비상발령 및 비상조직 가동, 사고 수습
○ 방사선 비상계획서에 따른 조치
| 구 분 | 발 령 기 준 | 조 치 사 항 |
| 백색 비상 | 0.1g, 규모 6.0 초과 | ○ 발전소 비상대응조직 가동 - 안전관련 설비점검, 비상대응 및 복구활동 |
| 청색 비상 | 0.2g, 규모 6.5 초과 | ○ 통합 비상대응조직 가동 (중앙정부+지자체+한수원+유관기관) - 비상대응활동 수행 및 주민소개 검토 |
| 적색 비상 | 노심손상 또는 방사선 영향이 부지 밖으로 확대 시 | ○ 통합 비상대응 조직 가동 계속 - 사고완화 및 복구조치, 주민소개 등 보호조치 |
○ 손상된 설비, 시설 복구 조치
- 비상대응 매뉴얼 및 절차서에 따른 점검 수행
- 발전소 손상설비 긴급 복구
- 중앙정부/지자체 및 유관기관 간 긴급 협조체제 유지
․인력, 장비, 물자 등 복구자원 동원
※ 국내원전의 단계별 지진 안전성 확보
| 부지조사 | 원전 설치 예상지점을 중심으로 320km 이내 역사지진과 계기지진, 단층을 조사하여 부지 선정 |
| ↓ | |
| 내진설계 | 국내 원전은 지질 및 지진조사 등을 통해 원자로에 영향을 미칠 수 있는 최대 지진을 고려하고 이에 여유도를 더해 설계 ⇒ 0.2g(규모 약 6.5)의 강진이 발생해도 견딜 수 있도록 설계․건설함 |
| ↓ | |
| 사후관리 | 중요 기기 및 설비에 지진감시설비 설치 운영 ○ 0.01g 이상 : 지진감지 경보발령, 주요 설비 점검 ○ 0.1g 이상 : 비상발령 및 원자로 정지, 안전관련 설비 정밀점검 및 비상계획에 따라 조치 |
[지진 해일]
❒ 국내원전은 원전 부지에 발생할 수 있는 가능최대 지진 해일에(부지별로 ± 0.3 ~ 3.0m 의 해수면 상승 및 하강 영향) 대해 부지 및 시설이 안전하게 방호되도록 설계되어 있음
❒ 최고 해수위시에 안전관련 설비의 침수 가능성이 없도록 부지 표고를 결정하였고, 최저 해수위에도 1차 기기냉각해수의 취수가 가능하도록 설계함으로써 발전소 안전성을 확보하였음
❒ 지진에 의한 해일 발생시 운전지침 수행
[환경 방사능]
❒ 전국에 70개소에 설치․운영중인 ‘국가 환경방사능 감시망’을 통해 관측되는 방사선 준위로 평가
❒ 국내의 환경방사능 변화 예측
○ 바람 방향이 발전소에서 태평양 쪽으로 향하고 있어 방사능의 영향이 국내에는 없을 것으로 예상함
○ 환경방사능 감시 현황 : 15분 → 5분 단축 감시(KINS)
○ 한수원(주)는 발전소 주변 환경방사능 모니터 감시 강화 중
국가 환경방사능 감시망(70개소)
Ⅳ. 안전성 확보 방안
￭ 지진에 의한 구조물 안전성
￭ 지진해일, 태풍해일 대비 구조물 설계 적정성
￭ 지진해일, 태풍해일 대비 방파제 설계 적정성
￭ 지진에 의한 전원 상실시 복구방안
￭ 침수시 비상전원 복구대책
￭ 침수시 사용후 연료 저장조 냉각기능
￭ 전원상실 및 냉각수 고갈시 대처방안
- 원자로 냉각방안
- 사용후 연료 저장조 냉각방안
￭ 지진, 해일 대비 비상계획
- 비상대응체계
- 비상대응조직
- 유관기관 협력체계
￭ 환경감시계획