스리마일섬(TMI)원전사고 이후 44년…미국 원전은
129기 승인받았지만 53기만 건설
사고기 영구폐쇄…7기 가동중지
3월 28일은 1979년 미국 스리마일섬(TMI, Three Mile Island)원전사고가 발생한 지 44년이 되는 날이다. TMI원전은 미국 펜실베이니아주 해리스버그시에서 16km 떨어진 도핀카운티(Dauphin County)의 서스쿼해나강(Susquehanna River)의 삼각주에 세워진 핵발전소이다. TMI원전은 2기의 원자로를 갖고 있었는데 사고를 일으킨 TMI 2호기는 고리원전과 같은 가압수형 원자로(PWR)로 전기출력은 96만kW로 상업운전 개시한 지 4개월째 정격출력의 97%로 가동 중에 발생했다.
TMI원전사고는 원자로냉각재상실사고(Loss Of Coolant Accident, LOCA)로 분류돼, 상정했던 사고의 규모를 웃도는 중대사고로 IAEA(국제원자력기구) 사고등급(INES) 5에 해당한다. 원전 최강국을 자랑하던 미국은 TMI사고 이후 사실상 원전증설정책을 접는다. 미국은 당시 129기의 원전건설계획이 승인을 받은 상태였지만 건설 중이던 53기만 건설이 계속됐을 뿐 나머지 계획은 모두 취소됐다. 사고가 난 TMI-2호기는 영구폐쇄됐고 같은 구조의 원자로 7기도 가동중지됐다. 2023년 현재 미국에서 가동되는 원전은 92기이다.
위키백과(https://ko.wikipedia.org)에 소개된 TMI사고 개요는 이러하다. 1979년 3월 8일 새벽 4시 자동밸브 장치에 이상이 생겨 원자로 주변 열 교환기에 물 공급이 중단되었고 줄어든 만큼 물을 자동 공급하는 장치인 보조급수기까지도 작동하지 않았다. 게다가 경수로 안을 냉각하는 긴급노심냉각장치(ECCS)가 작동하였지만 운전원이 실수로 한동안 이 장치의 작동을 멈추게 하면서 통제불능 상태가 되고 말았다. 터빈과 원자로가 자동정지되었지만 불과 몇 시간 사이에 원자로의 1차 계통이 파괴되어 냉각수가 유출되면서 온도가 5000℃ 이상 올라갔다. 원자로는 핵 연료봉이 녹아내렸으나 다행히 원자로 용기는 파손되지 않았다. 건물 내 방사능 수치는 정상치보다 1000배나 높아졌다.
기술자들은 갈팡질팡했다. 심층방호시스템도 제대로 작동하지 않아 다섯 겹의 보호막 중에서 네 번째 방호벽까지 뚫렸다. 통제실 계기판의 상태 표시는 계속 모순된 신호를 나타냈고, 상황이 파악된 것은 사고 발생 16시간이나 지나서였다. 냉각펌프를 작동시키자 온도가 내려가기 시작했으나, 노심의 절반 이상은 녹아내린 뒤였다. 그 결과 많은 양의 수소기체가 발생했고 일부 방사성 기체가 대기 중에 노출된 사실은 이틀 뒤에 확인되었다. 노심용융으로 연료의 45% 62t이 녹아내렸고, 그 중 20t이 원자로압력용기 바닥에 남아 있었으며, 방출된 방사성물질은 헬륨 아르곤 제논 등 희귀가스가 대부분으로 약 92.5TBq(테라베크렐)이며, 요소는 555GBq(기가베크렐)에 이르렀다.
구니마이 요시아키(國米欣明)가 쓴『인간과 원자력<격동의 75년>(人間と原子力<激動の75年>』(2013)에 따르면 TMI사고는 인재였다. 사고 당시 137개의 경보등이 켜지고 경보음도 30초에 85회나 울리는 상황이 운전원의 정신적 피로를 가중시켜 냉정한 사고를 해치는 요인이 됐다는 것이다. 평소 운전원의 훈련이 제대로 이뤄지지 않은 것이 문제였다. 사고 후 조치도 문제였는데 원전 주변의 방사선 측정 결과가 잘못 전달됐으며 1차 냉각재 계통 내의 수소가 폭발할지도 모른다는 근거 없는 정보가 많아 3월 30일 주변 약 8㎞ 이내의 유아와 산모의 피난이 권고됐다. 실제 10만여 명이 대피했으나 다행히 인근 주민의 피폭은 0.01~1mSv(밀리시버트)였다. 이는 자연방사선 수준으로 가슴 X선 촬영을 두세 번 한 정도로 큰 피해는 발생하지 않아 그나마 INES 사고등급 5수준에서 머물렀던 것이다.
1980년대가 되면서 건강 피해에 관한 전문 보고가 나왔으나 TMI사고가 건강에 유의한 영향을 끼쳤다는 결론은 나오지 않았다고 한다. 미국의 연구단체인 ‘방사선과 공중위생 프로젝트’는 19개의 의학 논문과 서적을 펴낸 조지프 만가노(Joseph Mangano) 박사의 산정을 인용해 사고 2년 후 풍하지역에서의 유아사망률이 급증했다고 보고한 바가 있다.
TMI사고는 미국은 물론 전 세계적으로 원전안전에 대한 경각심을 일깨우는 큰 계기가 됐다. 이 사고는 인적사고로 초기에 아주 작은 실수와 운전 중의 운전지침서 위반, 그리고 설비의 결함, 운전원의 반복된 실수 등이 이어지면서 핵연료가 용융되는 상황이 발생하게 된 것이었다. 당시 꿈의 에너지원으로 각광받던 원전이, 그것도 최첨단 과학기술 수준을 자랑하던 미국에서 일어난 사고였기에 충격은 더 컸다.
지미 카터 당시 미국 대통령은 사고 현장을 방문해 “미국은 새 원전을 짓지 않는다”고 선언했다. 원전에 대한 대중들의 공포나 불신은 증대되었으며, 새로운 원전 건립을 반대하는 시민 운동도 강해졌다. 손상되지 않은 TMI-1호기도 1985년까지 다시 가동되지 않았다. 1980년대 말까지 사고가 난 TMI-2호기의 제염작업에 소요된 비용만 10억~18억 달러라고 한다.
TMI사고 이후 카터 대통령은 1979년 12월에 원자력규제위원회(NRC)의 개편, NRC위원장 경질과 감사위원회 설치, 운전 중인 원전 입지 주의 긴급대피계획의 재검토, 원전단지 상주 검사관 배치, 케메니위원회의 권고 사항을 실시하겠다고 밝혔다. 산업계에 대해서는 자체 안전기준 개발, 운전원 및 감독자 훈련 프로그램 등의 개발·유지, 긴급사태에 대응할 수 있는 제어실의 근대화 표준화 단순화의 3개 항목을 제시했다. 전력업계는 원전 안전에 대해서는 스스로가 책임을 진다는 인식에 따라 사고 직후 TMI원전감독특별위원회를 발족시켰다. 이와 함께 장래의 사고 가능성을 줄이는 방안을 개발하고 원자력안전문제 해결을 위해 원자력안전분석센터(NSAC)를 설립했다. 또한 NRC가 인정하는 자기규제시스템으로 원자력발전운전협회(INPO)가, 늘어난 원전사고의 비용 충당을 위해 원자력발전상호보험회사(NEIL)가 설립됐다.
국제원자력기구(IAEA)도 1979년 5월 전문가회의를 열고 TMI사고에 관련해 국제심포지엄 개최, 원자력안전기준 수립사업(NUSS계획)의 안전기준 재검토, 긴급지원체제의 정비, 사고시 긴급체제에 관한 국제조약 체결 촉진, 조언 및 기술원조 지원 강화 등이 제안돼 이사회에서 승인됐다.
미국 원자력규제위원회(NRC) 홍보부장 출신인 윌리엄 비처(William Beecher) 디렝슈나이더그룹(D-Lenschneider Group) 대표는 일본『원자력산업신문』(2004년 6월 17일)에 ‘TMI사고로부터 25년-얻은 교훈은 어떻게 활용되고 있는가’라는 칼럼에서 “TMI의 체험에서 우리가 배운 가장 중요한 것은 산업계와 NRC 쌍방에 퍼졌던 과신과 자기만족성이 이 사고의 불행한 전조였다는 점이다. 만일, 그러한 과신과 자기만족성에서 벗어나는 마음가짐이 있었다면, TMI사고는 극히 소규모의 사고에 머물렀을 지도 모른다”고 글을 맺었다.
1995년부터 3년간 한전 뉴욕사무소 기술부장을 역임한 토마스 리(Thomas Lee)씨는 2023년 3월 24일 개인 홈페이지(http://memoriesofkepco.tistory.com)에 ‘한국전력의 기억-미국 탈원전의 어두운 그림자’라는 제목으로 TMI사고 이후 미국의 원자력산업에 대해 이렇게 적고 있다.
‘잘 알려진 대로 1979년 발생한 TMI원전사고로 인하여 미국 NRC는 원자력안전요건을 엄청나게 강화하였고 이를 건설 중이던 원전들에도 적용토록 요구하였다. 이 바람에 엄청난 추가비용을 감당하지 못한 전력회사들이 원전건설을 줄줄이 포기하였고 워싱턴주에서는 공정 90%에 이르러 곧 준공단계에 있던 원전마저 포기하였다. 그리고 그 후 30여년 세월 미국에서는 단 한 기의 원전도 새로 건설되지 못 했다. 1979년의 TMI사고로 몰아닥친 탈원전 태풍에 미국의 원자력산업이 초토화된 셈이다. 웨스팅하우스나 CE나 GE, 그리고 수많은 원전제작업체들은 살아남기 위하여 발버둥을 쳤다. 이들 원전업체들은 한국의 원전건설에 참여하고 중국에 진출하는 것으로 활로를 모색하였지만 수십 년 계속된 탈원전 속에서 버텨내고 살아남기는 참으로 어려운 일이었을 것이다. (중략). 지금 미국은 100기가 넘는 원전들 거의 전부가 40년을 넘겼고 대부분의 원전들이 개조와 보수를 거쳐 지금 60년, 혹은 80년 기한으로 연장운전중이다. 미국의 전력회사들은 그렇게 원전수명연장에 의존하여 지금까지 버텨오고 연명해온 셈이다. 그러나 언제까지나 이런 식으로 연명해나갈 수는 없을 것이다. 미국도 소형원전이나 액체금속냉각재 원전, 수소핵융합이 실용화에 성공한다면 꿈같은 에너지원이라는 수소핵융합으로 가게 되겠지만 그 때까지 기존 원전을 최대한 고쳐서 연장운전하는 것은 여전히 매우 중요한 에너지 공급대책이 될 것으로 생각된다.’
미국의 환경저술가 테일러 밀러(G. Tyler Miller)와 스콧 스풀먼(Scott E. Spoolman)은 『환경 속에서 살아가기(Living In The Environment)』(2016년)에서 미국의 원자력산업의 흐름을 다음과 같이 소개했다. ‘1950년대에 미국의 각종 연구소는 세계적으로 2000년까지 적어도 1800기의 원전이 건설되고, 전 세계 21%의 상업용 에너지를 충당하고 전 세계 대부분의 전력을 생산할 것으로 예측했다. 특히 미국은 1950년대부터 원전시장에서 독점적 지위를 유지했는데 미국의 웨스팅하우스는 서방 세계 최초로 1957년 펜실베니아 시핑포트에 건설된 상업용 가압수형 경수로를 설계한 이후, 전 세계의 가동원전 중 50% 이상을 공급했다. 제너럴일렉트릭은 비등수형 경수로를 개발하여 후쿠시마원전 등을 일본을 비롯한 여러 나라에 수출했다. TMI사고로 미국의 원자력산업이 침체되었으나, 2000년대 중반에 미국 내에서 원전건설이 재개되었으며, 제3세대 원자로인 AP1000 4기를 중국에 수출하여 원전산업에 활력을 찾으려 노력하고 있다.’
나카무라 미노루 일본 도요경제 편집위원은 『도요경제(東洋經濟)』(2015년 3월 15일)에 ‘미국 원전 2030년이면 감소한다-리처드 레스터 MIT 교수에게 묻는다‘는 글에서 ’일본뿐만 아니라 미국에서도 원자력발전은 셰일혁명의 영향과 방사성폐기물 처리정책의 미비 등으로 기로에 서 있다‘고 밝혔다. 미국에서는 2015년 현재 약 100기의 원자로가 운전 중이며 전체 전력량에서의 원전비율이 약 20%이다. 새로운 원자로 건설은 수십 년 동안 없었으나 현재 5기 정도의 원자로를 건설 중이다. 미국의 원자로 상당수가 노후화돼 규제당국은 기존 원자료의 약 70%에 대해 20년 운전 연장 승인을 내줬다. 그러나 설령 가동을 연장하더라도 2030년경부터는 많은 원자로가 폐로될 전망이다. 앞으로의 폐로는 안전성의 이유에서가 아니라 주로 전력시장의 변화에 의한 것으로, 특히 천연가스가격 저하의 영향이 크며 풍력이나 태양광이 전원으로서 증가해 도매전력가격이 저하한 것도 영향을 주고 있다. 미국의 정책은 장기적인 CO₂ 삭감 목표를 향해서 원전의 중요성을 인식하고 있음에도 불구하고, 아직 명확한 정책이 없고 해결책을 찾지 못한 방사성폐기물 처리문제도 과제로 남아 있다.’
「WNISR2022(세계원자력산업동향보고서 2022)」에 따르면 2022년 7월 현재 전 세계 상업용 원전은 411기가 가동 중이고, 204기가 폐로 중, 53기가 건설 중이다. 미국은 92개의 상업용 원전이 가동 중이고, 21기가 폐로 중, 2기가 건설 중이다. 미국 전체 전력생산 가운데 원전 비율은 19.6%이다. 미국은 1995년에 원전점유율 22.5% 정점 이후 계속 하락하고 있다. 26년 만에 단 1기의 새 원자로가 가동되면서, 미국 원전은 계속해서 노후화되고 있다. 미국 가동원전의 평균은 41.6년으로 전 세계 가동원전 평균 31년에 비해 가장 노후화된 원전들이다. 미 조지아주의 보글3·4호기는 건설비용 증가로 준공이 계속 연기되고 있는데 2022년 6월 기준으로 건설비용이 최소 303억4000만 달러로 증가했다. 이는 2013년 착공 당시 예상비용 140억 달러의 2.4배에 이른다. 가장 최근의 비용 증가 및 건설 지연은 주로 설비의 품질보증문제 때문으로 발전소 전체의 전기케이블 연결, 고장 시의 관리 오류뿐만 아니라 2만6000개 이상의 검사 기록을 완료해야 하는 등 안전성 보완에 시간과 돈이 많이 들기 때문이라는 것이다.
같은 보고서에 따르면 약 20년 전인 2004년 전 세계 원전 수는 가동 중인 것이 440기, 폐로 중인 것이 107기였다. 가동원전은 약 20년 사이에 29기나 줄었다. 2004년 미국의 가동 중인 원전이 104기였는데 그 사이 12가 줄었다. 2021년은 전 세계 원전 발전량이 전체 전력 생산의 9.8%로 처음으로 10% 미만으로 떨어졌다.
그런데 무로타 다케시(室田武) 도시샤대 교수의 「원전폐로의 경제학-위험한 저탄소언설의 역사적 기원에 대한 소고」(2011)라는 글을 보면 1960년대 후반부터 미국에서는 원전의 안전성에 의문을 제기하기 하는 목소리가 높았다고 한다. 특히 ‘우려하는 과학자연맹(UCS, Union of Concerned Scientists, 1969년 설립)’이 조직돼 과학자들이 원전 비판의 목소리를 내기 시작했고, 이러한데 힘입어 미국 내 원전의 신규 발주가 TMI사고 나기 1년 전인 1978년에 사실상 멈췄다는 것이다.
이때는 또한 『작은 것이 아름답다』의 저자인 독일 출신 환경경제학자 E. F. 슈마허가 1977년 4월 당시 카터 미 대통령의 초청을 받아 백악관에서 중간기술과 함께 원전의 위험성에 대해 이야기했고, 카터 대통령도 탈원전과 재생가능에너지 보급에 대한 인식이 있었다고 한다. 그러한 것이 카터 대통령의 재선 실패로 1981년 공화당인 레이건 정부가 들어서면서 친원전 정책으로 바뀐 면도 있다.
일본 웹매거진 『Energy Democracy(에너지민주화)』(https://energy-democracy.jp)에 소개된 미국 물리학자이자 저술가인 에이모리 로빈스(Amory B. Lovins) 박사의 ‘미국의 원자력발전’(2022년 5월 11일)이란 논문은 ‘미국의 원자력발전은 구식과 잠재적인 새로운 형식의 양면에서 집중적으로 추진되고 보조금도 점점 늘어나고 있으나 동시에 본질적으로 경제성이 낮기 때문에 세계적으로 상업적인 붕괴가 진행되고 있다’고 지적했다. 2020년에는 보수 및 업그레이드 비용, 안전상의 우려, 그리고 단순한 운전 부적합으로 인해 전 세계 원전 회사들이 516만5000kW의 원전을 폐쇄한 반면 순증설분은 35만6000kW 수준이었다. 그러나 같은 해 전 세계 자연에너지가 2억7830만kW(수력발전 제외 시 2억5700만 kW) 증가했는데 이는 원전의 782배라는 것이다. 또한 2010~2020년 자연에너지가 원자력 성장보다 5배나 많은 전력을 탈탄소화했다. 원자력발전의 경우 탄소 없는 전력생산의 세계 성장률 기여는 1% 미만으로 원전 확대 노력은 비록 그것이 좋은 방법이었다고 해도 기후 변화를 더욱 악화시키고 있다는 것이다(Amory B. Lovins ”US nuclear power: status, prospects, and climate implications” The Electricity Journal, Volume 35, Issue 4, May 2022).
과연 TMI사고 이후 그리고 체르노빌사고와 후쿠시마사고 이후 우리나라는 얼마나 원전 안전에 대해 보완을 했을까? 이러한 사고의 핵심 교훈은 원전안전에 대한 과신에서 비롯됐다는 것임을 잊어선 안 된다. 윤석열 정부 들어 원전의 안전성에 충분한 자료공개나 공개검증도 없고 소급규제를 포함한 안전비용도 제대로 들이지 않으면서 아직도 ‘원전 안전신화’ 속에서 노후원전의 수명연장을 강행하는 이 무모함, 이 무책임을 어떻게 봐야 할까? 원전사고의 역사를 살펴보면서 착잡한 마음이 든다.
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