장기 핵융합 R&D 추진의 목표와 방향을 제시하며, 핵융합에너지 실증의 본격적인 준비에 돌입하다.

- 제18차 국가핵융합위원회 개최 -   - 핵융합 실현을 위한 ｢전력생산 실증로 기본개념｣ 발표 -

 

  과학기술정보통신부(장관 이종호, 이하 ‘과기정통부’)는 2월 23일(목) 이종호 장관 주재로 ｢제18차 국가핵융합위원회*(이하 ‘위원회’)｣를 개최하여 ‘핵융합 실현을 위한 전력생산 실증로 기본개념’ 등의 안건을 심의·의결하였다.

  * 국가핵융합위원회 : ｢핵융합에너지 개발진흥법｣ 제6조에 근거하여 핵융합에너지 연구개발에 관한 중요사항을 심의하기 위한 민·관 합동 위원회(위원장 : 과기정통부 장관)

 

  이날 발표된 ‘핵융합 실현을 위한 전력생산 실증로 기본개념’은 `21년 12월 수립된 ｢제4차 핵융합에너지 개발 진흥 기본계획(`22~`26)｣(이하 ‘제4차 기본계획’)의 첫 번째 후속조치로 마련되었다.

 

 제4차 기본계획에서는 `50년대 핵융합 실현을 위한 장기 일정목표를 수립하였으며, 이는 2035년경 이후 1)ITER의 목표 달성(에너지 증폭률 10배) 여부를 확인 후, 2)핵심기술의 확보, 3)핵심 부품의 국내 조달, 4)핵융합 발전의 경제성 확보가능성을 고려하여 한국의 실증로 건설 추진 여부를 결정한다는 내용이다.

 

  ‘핵융합 전력생산 실증로 기본개념’은 이러한 장기 일정 하에서, 현재 기술수준 및 기술확보 가능성 등을 고려하여 즉시 상업화로 이어질 수 있는 실증로의 최적의 운영 목표와 설계 기준을 제시하였다. 이는 핵융합 실증의 차질없는 이행을 위해 장기적 관점에서 핵융합 R&D 목표와 방향을 설정하는 의미가 있다.

 

  핵융합 전력생산 실증로 기본개념의 주요 내용은 다음과 같다.

  

 ❶ 역할 : 차세대 기저전력원으로서 핵융합에너지를 활용한 전력생산의 기술적 실현가능성, 경제적 타당성을 입증하고, 사회적 수용성 확보

  

 ❷ 최상위 목표 : ① 최대 전기출력 500MWe 이상*, ② 삼중수소 유효 자급률 1이상, ③ 핵융합 고유 안전성** 검증, ④ 경제성*** 평가 가능 데이터 확보

    * 상용 기저전력원의 전기출력(1GWe), 핵심부품의 성능 및 경제성 검증 가능성 등 고려 

   ** 삼중수소 취급, 중저준위 방사성 폐기물 처리 등 고려 *** 경쟁력있는 전력생산단가 목표 제시

  

 ❸ 주요 설계기준 : ① 주반경 7m 이내 토카막 노형, ② 60% 이상 장치 가동, ③ 40년 이상 설계수명, ④ 안전기준 지진 7.0

  

 ❹ 관리체계 : 기본계획 수립과 연계한 5년 주기 이행점검을 실시하여 지속적으로 수정·보완하고, 세부 기술사양은 설계과정에서 구체화

 

  실증로 기본개념을 바탕으로, 산·학·연 전문가가 참여하는 ‘실증로 설계 TF’를 구성(`23.上)하여 ‘핵융합 전력생산 실증로’의 단계적 설계*에 착수한다. 아울러, 핵융합 공백기술 확보를 위한 장기 R&D 로드맵을 연내 수립할 계획이다.

  * 예비개념설계(~`26) → 개념설계(~`30) → 공학설계(~`35)

 

  또한, ‘최상위 목표 ② 삼중수소 유효자급률 1이상’과 관련된 핵심기술로, 실증로 연료 자급을 위한 ‘증식블랑켓*’ 기술을 확보하기 위해 EU와 공동개발을 시작한다.

  * 핵융합로 노심의 내벽 부품으로 중성자-리튬 반응으로 핵융합 연료인 삼중수소 생산

 

  이종호 과기정통부 장관은 “‘인공태양’ 기술인 핵융합에너지는 탄소중립과 에너지 안보 위협을 동시에 해결할 수 있는 잠재력을 가진 차세대 에너지원으로, 가보지 않은 길을 개척해나가야 하는 도전적인 분야”라며, “KSTAR 1억도 초고온 플라즈마 30초 연속운전 달성 등 국내의 우수한 기술력을 바탕으로, 국제핵융합실험로(ITER) 이후의 실증단계에서도 핵융합에너지 개발을 주도할 수 있도록 사전에 체계적인 준비를 해나가겠다”라고 밝혔다.   

붙임 : 1. 국가핵융합위원회 개최계획(안)  /  2. 안건 주요내용

 

 

 

붙임 1

제18차 국가핵융합위원회 개최 개요

 

□ 개 요

 ㅇ 일시 : ’23. 2. 23 (목) 15:00

 ㅇ 장소 : 한국과학기술회관 11층 대회의실

 ㅇ 참석 대상 : 국가핵융합위원회 위원

   

	<  국가핵융합위원회 개요  >
• 역할 : 핵융합에너지 연구개발에 관한 중요사항 심의  • 구성 : (위원장) 과기정통부 장관            (당연직) 과기정통부 및 관계부처(기재부, 외교부, 산업부) 차관             (위촉직) 산학연 전문가

 ㅇ 상정 안건

 

구분	번호	안 건 명
심의	1	핵융합 실현을 위한 전력생산 실증로 기본개념(안)
	2	한-EU ITER TBM 공동개발 추진계획(안)
보고	3	국제핵융합실험로(ITER) 추진현황 및 향후 계획(안)
	4	`23년도 핵융합에너지개발 시행계획(안)

 

□ 진행 일정(안) 

  

시 간	내 용	비 고
15:00-15:10 (10분)	- 개회 · 위원장 인사말씀 - 참석자 소개
15:10-15:55 (45분)	- 안건 보고 · 안건 심의
15:55-16:00 (5분)	- 폐회

 

 

 

붙임 2

안건 주요 내용

 

심의1	핵융합 실현을 위한 전력생산 실증로 기본개념(안)

□ 대내외 여건

 ○ ‘인공태양’ 기술인 핵융합에너지는 연료가 풍부*하고 친환경적이며, 안전하고 안정적인 전력공급이 가능한 차세대 에너지원으로 부상

     * 핵융합에너지의 원료인 중수소는 해수에서 추출가능하며, 삼중수소는 핵융합 반응시 발생되는 중성자와 리튬을 반응시켜 증식 및 연료자급 가능

 ○ 세계 각국의 핵융합에너지의 실현 가속화 경쟁이 심화되고,
스타트업 등장, 美 순에너지 생산 성공* 등으로 상용화 관심 증대

     * 최근 미국 연구팀이 레이저를 활용한 핵융합 반응으로 순에너지 생산에 성공(`22.12)하여 핵융합에너지 실현가능성을 최초로 확인했다고 평가

   - ITER 참여국을 중심으로 40~50년대 전력생산 기여를 목표로 경쟁적으로 실증로 개발계획을 수립하고 설계·R&D 착수

   - 고온초전도체 등 혁신기술을 활용한 핵융합 장치를 개발하는 민간 스타트업이 등장하여 `30년대 소규모 전력생산 목표 제시

< ITER 및 주요국의 핵융합 추진 일정 요약 >

 

◇ 정부는 ｢제4차 핵융합에너지 개발진흥 기본계획(`22-`26)｣을 수립하여, `50년대 핵융합 실현을 위한 장기 일정목표를 수립하고 실천과제 제시

 

 

□ 수립 목적

 ○ 핵융합에너지 실현을 위한 장기 R&D 추진의 기준점을 제시하여, 공백기술 등 핵심기술 개발 가속화, 전략적 기반 조성 추진 필요

     * 제4차 핵융합기본계획에서 `50년대 핵융합 실현을 위한 장기일정목표 수립 → 기본개념(안)에서 미래 실증로 개발을 위한 구체적인 기술적 목표 제시

     < 핵융합 핵심기술 확보 장기 일정 >

     

 

□ ‘핵융합 전력생산 실증로 기본개념(안)’ 

 ○ (역할) 차세대 기저전력원으로서 핵융합에너지를 활용한 전력생산의 기술적 실현가능성, 경제적 타당성을 입증하고, 사회적 수용성 확보

                 < 핵융합 에너지 개발 주요 단계 > * 원자로 개발단계 참고

 

 

 

 ○ (수립 방향) 현재 기술수준 및 기술확보 가능성 등을 고려하여 즉시 상업화로 이어질 수 있는 최적의 운영 목표 및 설계기준 제시

 ○ (최상위 목표) ① 최대 전기출력 500MWe 이상*, ② 삼중수소 유효자급률 1이상, ③ 핵융합 고유 안전성** 검증, ④ 경제성*** 평가 가능 데이터 확보

    * 상용 기저전력원의 전기출력(1GWe), 핵심부품의 성능 및 경제성 검증 가능성 등 고려 
(주요국 실증 목표 : EU 최대 700MWe급, 일본 500MWe급, 중국 700MWe급 등) 

   ** 삼중수소 취급, 중저준위 방사성 폐기물 처리 등 고려 *** 경쟁력있는 전력생산단가 목표 제시

 ○ (주요 설계기준) ① 주반경 7m 이내 토카막 노형, ② 60% 이상 장치 가동, ③ 40년 이상 설계수명, ④ 안전기준 지진 7.0

    ※ KSTAR, ITER에서 확보한 기술을 최대 활용하고, 상용원자로 사례 고려

 ○ (관리체계) 5년주기 이행점검 실시(기본계획 수립과 연계)하여 지속 수정·보완하고, 세부 기술사양은 설계 TF에서 구체화

   ※ 예비개념설계(`23～`26)시 안전성, 경제성 목표를 보다 구체화하여 `26년 점검시 반영

□ 후속조치 계획 및 일정

 ○ (실증로 설계) 핵융합(연) 내에 산·학·연 전문가가 참여하는 ‘실증로 설계 TF’를 구성(`23.上), ‘핵융합 전력생산 실증로’ 단계적 설계 추진

     ※ 예비개념설계(～`26), 개념설계(～`30), 공학설계(～`35)

   - ITER 등 대외적 일정 변동 가능성을 고려하여 설계 계획을 구체화하고, 5년주기 이행점검을 통해 향후 단계 이행여부·방향 결정

 ○ (공백기술 확보) 공백기술 개발을 위한 주요 R&D 방향, 기술개발 및 시설 우선순위 등 핵융합 R&D 로드맵 수립(`23)

   - 우선순위 기술을 중심으로 신규 R&D 및 연구시설 구축사업 기획(`24~), 주요 선진국과의 전략적 국제협력 추진 

 ○ (기반 조성) 핵융합 특화 전략·제도 마련, 인재양성 및 산업 활성화, R&D 기반 확충 등 국내 핵융합 발전 기반 마련

   - 핵융합 저변 확대를 위한 혁신기술의 기초연구 지원 병행(`23~)

     ※ 선도기술센터, 융합연구 신규과제(각 1개) 지원가능대상 확대(ITER 방식→대안기술 포함)

 

 

 

심의2	한-EU TBM 공동개발 추진계획(안)

□ TBM 개요  * Test Blanket Module

 

 ㅇ 핵융합 연료인 삼중수소의 증식 및 열에너지 추출을 실증하기 위해 ITER에 설치하는 증식블랑켓 시험 모듈로 상용화를 위한 핵심 기술

    ※ 냉각 방식에 따라 헬륨/물, 증식재 상태에 따라 고체형/액체형으로 분류

 

□ 주요 경과

 

 ㅇ TBM 프로그램 참여계획 확정(`07.8, 제1회 국가핵융합위) 이후 한국의 TBM 개념(HCCR*) 승인(`12.6, 제10차 ITER 이사회) 및 TBM 약정 체결(`14.5.)

    * Helium Cooled Ceramic Reactor. 헬륨 냉각 고체형 TBM의 한 종류

 

 ㅇ TBM 설치 포트 축소*(`18.11, 제23차 ITER 이사회)에 따라 한-EU 공동개발 협상에 착수(`19.9.)하여 공동개발 파트너십 약정서(안)** 마련(`22.10.)

    * 설치 공간 및 타 장치 포트 확보 등 기술적 문제로 당초 6개 → 4개로 축소

   ** EU는 F4E(ITER EU사업단) 감독위원회 승인 완료(`22.12.5.)

 

□ TBM 공동개발 추진계획(요약)

 

 ㅇ (추진내용) ITER 핵융합 환경에서 증식블랑켓의 핵심기능 평가 및 종합효과에 대한 실증, TBM 설계‧핵심기술 개발 및 검증, 안전‧인허가 기술 및 경험 확보 등

 

 ㅇ (추진체계) 운영위원회‧사업위원회를 구성, 관리‧감독‧업무조정 수행

 

 ㅇ (예산/일정) 최초 TBM 조달(`23~`33)까지 767억원 소요(예상)

    ※ ITER 베이스라인 개정안과 연계한 ITER 건설 총사업비 재산정 시 반영 추진

 

【 한-EU TBM 공동개발 파트너십 약정서 주요내용(요약) 】

 

‣ ITER 사업의 법적 체계 하에서 한-EU TBM 공동개발 추진 ‣ TBM 주도국은 한국, TBM 설계는 EU의 개념 채택, 비용분담은 한:EU=60:40, 협력기간은 20년 등

 

□ 향후일정

 

 ㅇ 한-EU TBM 공동개발 파트너십 약정서 승인 추진(국가핵융합위) : `23. 2월

 

 ㅇ 한-EU TBM 공동개발사업 본격 추진 : `23. 2월말~

 

 

 

보고1	국제핵융합실험로 추진현황 및 향후계획(안)

□ ’22년 주요 추진 실적

 ㅇ (ITER 전반) 최초 플라즈마(FP) 기준 건설 공정률 77.7% 달성 (’22.12)

   - 사무총장(베르나 비고) 별세(`22.5)에 따라 신임 사무총장(피에트로 바라바스키)이 선임(`22.9), 사무차장직 신설 등 조직개편 추진

   - 리스크 절감을 위해 일부 품목의 수리계획 검토 등 전체 사업계획을 재점검하여 코로나 19 영향 등을 포괄한 베이스라인 개정안 도출 예정

 ㅇ (한국 참여) 조달완료 품목 조립·설치를 위한 현장 기술지원 등 조달 의무를 지속 이행하고, 한국인 진출 및 해외수주 확대 추진

    ※ (한국인 근무자) `21.12 55명 → `22.12 65명, (수주) `22, 105억원(13건)

   - 한-EU TBM* 공동개발 추진을 위한 협정(안) 및 세부계획 마련

     * 핵융합 연료인 삼중수소의 증식 및 열에너지 추출을 실증하기 위한 시험모듈

□ ’23년 주요 추진 계획(안)

  ㅇ (실험로 건설) ITER 장치 조립·설치를 위해 조달 일정을 준수하고, ITER의 수리계획 수립·이행, 베이스라인 개정 등 현안 해소에 역량 집중

     ※ 전원공급장치 운송‧현장설치, 블랑켓 차폐블록 제작진행, 진단장치 설계‧제작, 삼중수소 저장‧공급시스템 R&D 수행 및 조달완료 품목 기술지원/대응 등

  ㅇ (조직) ITER 조립·설치 등을 위해 575M유로(잠정)의 `23년 예산 집행, 5명의 사무차장(DDG) 체제로 조직개편 및 채용절차 진행

  ㅇ (ITER 근무확대) ITER 조직개편에 따른 ITER 고위직 선출에 한국인 진출 노력, 제2회 Korea-ITER 박사후연구원 선발·파견

     ※ 해당분야(엔지니어링, 과학, 건설PM) 국내 전문가 발굴 및 채용 지원

  ㅇ (해외수주) ITER 기구 및 타국가의 조달품 제작 및 실험로 건설 관련 정보 제공, 입찰 지원, 국내 산업체 홍보 등 지속 노력

  ㅇ (기술협력) 한국-EU 간 TBM 공동개발 약정서 서명(`23.2) 및 R&D 착수

 

 

 

보고2	2023년도 핵융합에너지개발 시행계획(안)

□ 핵융합 분야 투자 계획

 ㅇ 핵융합에너지 분야 ’23년도 정부 R&D 투자는 총 1,763억원 규모

   - KSTAR 417억원, ITER 1,168억원, 핵융합선도기술개발 55억원 등으로, ITER기구 사업계획에 따른 현금부담금 감소(499억원→332억원) 등 반영 

  < 핵융합 R&D 사업 예산 현황 >

  (단위 : 백만원)

 

주관	사 업 명	’22년 예산	’23년 예산
과기 정통부	국제핵융합실험로(ITER) 공동개발*	129,130	111,730
	핵융합선도기술개발	4,086	5,528
	초전도도체 시험설비 구축	4,000	4,000
	고온초전도마그넷기술개발(핵융합과제)	420	871
	소  계	137,636	122,129
핵융합(연) 기본사업	KSTAR 연구	43,291	41,664
	핵융합실증로 연구	5,509	7,396
	ITER 핵심기술개발 및 운영‧관리	5,088	5,088
	소  계	53,888	54,148
합계		191,524	176,277

      * 과기정통부(원자력기금), 산업부(전력기금) 분담

□ ’22년 주요 추진 실적

 ㅇ (전략·제도 확충) 핵융합 실증로 전문가 포럼 운영을 통해 전력생산 실증로 기본개념(안)을 마련(`23.2, 확정예정)하고, 특허전략 수립 착수

 ㅇ (KSTAR) KSTAR 활용 고성능 플라즈마 운전기술을 지속 고도화하고, 
초고성능컴퓨팅 전문센터 지정(`22.9월)으로 가상핵융합 구현 기반 마련

 ㅇ (기술개발) 우수 연구그룹 육성 등 R&D 지원 확대 및 인프라 구축 착수

   ※ (선도기술센터) 소재, 디버터 분야 2개 신규과제 착수, (융합연구) 1개 신규과제 착수 (초전도도체) 시험설비 구축사업(`22～`27) 착수

 ㅇ (인력양성) 국내 박사후연구원에게 ITER 근무(P1급) 기회를 제공하는 특화프로그램 신설 및 제1회 박사후연구원 파견(`22.9.1)

 ㅇ (국제협력) ITER 품목 개발·제작을 통해 조달 의무를 지속 이행하고, 한국인 진출 증가*, 해외 수주 확대** 등 한국의 ITER 참여 확대

    * `21, 55명 → `22, 65명(6.1%), 회원국 중 4번째  ** `22. 105억원(누적 6,973억원)

 

 

□ ’23년 주요 추진 계획(안)

[전략 1] 핵융합 특화 전략·제도 확충

 ○ (로드맵 수립) 체계적 실증 대비를 위해 ‘실증로 기본개념’을 확립(’23.2월)하고, 핵심기술 확보를 위한 R&D 로드맵 수립(’23.10월)

 ○ (전략지원센터) 핵융합에너지법 개정을 통해 정책지원 전담기관 지정·지원 근거를 신설하고, 예산 확보 및 운영계획 수립(`23.下)

 ○ (특허전략) 미래 시장 경쟁력 확보를 위해 핵심기술 특허전략 수립(`23)

[전략 2] 핵융합 핵심기술 개발 촉진 및 기반 강화

 ○ (KSTAR) 핵융합 플라즈마 성능 개선을 위한 KSTAR 내벽 업그레이드(탄소→텅스텐) 및 1억도 플라즈마 50초 운전목표 달성 추진

   ※ KSTAR 내벽(텅스텐 디버터) 교체 및 안정적 시동과 성능재현 조건 확보(’23.10월 운전재개)

 ○ (국내 연구역량) 8대 핵심기술 R&D 지원을 지속 확대하고, 핵융합 대안기술(레이저 등)의 기초연구도 지원가능토록 지원가능 대상 확대

    * 선도기술센터, 융합연구 신규과제(각 1개)의 지원가능 대상 확대(ITER방식→대안기술 포함)

 ○ (실증로 설계) 핵융합(연)을 중심으로 산학연 전문가가 참여하는 ‘실증로 설계 TF’ 구성(`23.上) 및 예비개념설계 착수

[전략 3] 국제협력을 통한 첨단기술 확보 가속화

 ○ (ITER) 조립‧설치 일정 및 품질 요건 등에 따른 조달품목 제작 및 기술 관리 강화를 통해 차질 없는 조달이행 및 핵심기술 확보

   - (참여 확대) 국내 전문가의 고위직 지원 등 ITER 기구 진출을 지속 확대하고, 국내 산업체의 해외수주 실적 지속 개선 추진

   - (TBM) 삼중수소 증식, 에너지 추출 등 핵융합 전력생산 핵심기술 검증을 위해 한-EU ITER 테스트블랑켓모듈 공동개발 약정 체결(`23.2월)