기본승인(AIP) 인증서 수여 기념 촬영. 왼쪽부터 ABS CTO(최고기술경영자) Patrick Ryan, KRISO 소장 홍기용, KAERI 선진원자로연구소장 조진영

선박해양플랜트연구소(KRISO, 소장 홍기용)는 용융염원자로(MSR, Molten Salt Reactor)를 적용한 1만5000TEU급 소형모듈원자로(SMR, Small Modular Reactor) 추진 컨테이너선 개념설계에 대해 미국선급협회(ABS, American Bureau of Shipping)로부터 기본승인(AIP, Approval in Principle)을 획득했다고 16일 밝혔다.

기본승인(AIP)은 선급기관이 새로운 기술이나 설계안에 대해 관련 규정과 안전 기준을 바탕으로 기술적 구현 가능성과 안전성 등을 검토·확인하는 절차다. 원자력 추진선박과 같이 국제적으로 개발 초기 단계에 있는 분야에서는 개념설계의 기술적 타당성을 검증받는 과정이 중요한 의미를 갖는다.

현재 원자력 추진기술은 군함과 쇄빙선 등 일부 특수선에 제한적으로 적용되고 있으며, 민간 상선에 적용하기 위한 연구개발은 세계적으로 활발히 진행되고 있다. 특히 국제해사기구(IMO)의 온실가스 배출 규제 강화로 해운업계의 탄소중립 전환이 가속화되면서 세계 주요 조선·해양기관들은 원자력 추진선박의 안전한 해양 적용을 위한 개념설계와 안전성 검증에 연구 역량을 집중하고 있다.

이 가운데 소형모듈원자로(SMR)는 기존 대형 원자로보다 소형화된 설계를 바탕으로 선박 적용에 적합한 차세대 원자로로 주목받고 있다. 이번 개념설계는 용융염원자로(MSR) 2기를 동력원으로 하는 1만5000TEU급 SMR 추진 컨테이너선을 대상으로 했다. MSR은 장기간 연료 교체 없이 운용할 수 있고 안전성이 높아 장거리 운항이 필요한 선박에 적합한 원자로 기술로 평가받고 있다.

KRISO가 AIP를 획득한 이번 개념설계는 SMR 추진선박의 안전성과 운항 효율을 높이기 위해 전력계통과 선형·배치 설계를 최적화한 것이 특징이다.

전력계통 설계의 주요 특징은 △SMR 2기의 이중화(redundancy) 배치를 통한 출력 분담 △에너지저장장치(ESS, Energy Storage System)를 활용한 잉여 전력 저장 및 필요시 공급 등이다. 이를 통해 원자로 출력과 선박의 전력 수요를 효율적으로 관리하고 안정적인 추진 동력을 확보할 수 있도록 설계했다.

선형·배치 설계 측면에서는 △25노트급의 고속 선형 설계 △파랑 영향 및 충돌사고 위험 최소화를 위한 원자로 중앙 배치 △확장된 파나마운하를 통항할 수 있는 1만5000TEU급 선형 적용(Neo-Panamax급) △기존 연료탱크 및 연돌(Funnel, 배기가스 배출 구조물) 제거를 통한 적재 효율 향상 △방사선으로부터 선원의 안전 확보와 가시성 기준을 고려한 거주구 최적 배치 등이 반영됐다. 이를 통해 적재 효율과 안전성, 공간 활용성을 종합적으로 고려한 선형·배치 설계를 구현했다.

원자력 추진선박은 해상 환경에서 발생하는 선박 운동이 원자로 등 주요 계통에 미치는 영향을 고려한 설계가 중요하다. 이에 KRISO는 보유한 심해공학수조를 활용해 축소 모형선 시험도 수행했다. 시험을 통해 다양한 해상 환경에서 선박의 운동 특성을 분석하고 선형과 원자로 배치 설계에 필요한 데이터를 확보해 개념설계의 신뢰성을 높였다.

이번 성과는 국제적으로 기술개발이 본격화되고 있는 SMR 추진선박 분야에서 개념설계의 기술적 타당성을 국제 선급으로부터 인정받았다는 점에서 의미가 있다. 또한 향후 원자력 추진선박의 상세설계와 실증으로 이어지는 후속 연구의 기반이 될 것으로 기대된다.

연구책임자인 백부근 KRISO 책임연구원은 “SMR을 선박 추진체계에 적용하기 위해서는 원자로의 안전성뿐만 아니라 선박의 구조와 운항 특성, 해양환경까지 종합적으로 고려해야 한다”며 “이번 성과를 바탕으로 기본설계와 선박-원자로 인터페이스를 고려한 상세설계 등 후속 연구를 단계적으로 수행해 SMR 추진선박의 실증과 상용화 기반을 마련하겠다”고 밝혔다.

홍기용 KRISO 소장은 “SMR 추진선박은 미래 해운산업의 경쟁력을 좌우할 차세대 기술로, 해양환경에 적합한 설계기술 확보가 무엇보다 중요하다”며 “KRISO는 앞으로도 해양공학 분야의 연구개발과 국제 협력을 통해 원자력 추진선박의 해양 적용성을 높이고, 관련 기술과 국제 기준 마련에 기여할 수 있도록 노력하겠다”고 말했다.

한편 이번 성과는 선박해양플랜트연구소 기본사업 ‘소형모듈원전(SMR) 추진 선박·해양플랜트 개념설계 연구’의 결과로 도출됐다. KRISO는 삼성중공업과 함께 원자력 추진선박의 고속 선형 설계와 원자로 및 주요 계통의 배치 설계, 전력 운영·제어 기술개발 등을 담당했으며, 한국원자력연구원(KAERI)은 해양용 용융염원자로(MARINA)를 개발하고 있다.