2025년 11월 현재, 글로벌 원자력 에너지 시장은 한국 기업들의 기술 혁신으로 인해 근본적인 변화를 겪고 있다. 국제원자력기구(IAEA)가 발표한 최신 보고서에 따르면, 전 세계 소형모듈원자로(SMR) 시장 규모는 2024년 69억 달러에서 2030년까지 230억 달러로 성장할 것으로 전망되며, 이 중 한국 기업들이 차지하는 비중이 급속히 확대되고 있다. 특히 한국수력원자력(KHNP)과 두산에너빌리티가 개발한 차세대 원자력 기술들이 미국, 유럽, 중동 시장에서 주목받으며 새로운 성장 동력으로 부상하고 있다. 이러한 변화는 단순한 기술적 진보를 넘어서 글로벌 에너지 안보와 탄소 중립 목표 달성에 핵심적인 역할을 하고 있다.
한국의 원자력 기술 우위는 지난 40여 년간 축적된 설계, 건설, 운영 경험에 기반하고 있다. 현재 한국은 세계에서 가장 높은 원전 가동률 95.3%를 기록하고 있으며, 이는 미국의 92.8%, 프랑스의 90.1%를 상회하는 수치다. 더욱 주목할 점은 한국이 개발한 APR1400(Advanced Power Reactor 1400MW) 기술이 아랍에미리트(UAE) 바라카 원전 프로젝트를 통해 그 안전성과 경제성을 입증했다는 것이다. 바라카 원전 1호기는 2020년 상업운전을 시작한 이후 연간 140억 kWh의 전력을 안정적으로 생산하며, UAE 전체 전력 수요의 25%를 담당하고 있다. 이 프로젝트의 성공은 한국 원자력 기술의 국제적 신뢰도를 크게 높였으며, 총 200억 달러 규모의 수주 성과를 달성했다.
소형모듈원자로(SMR) 분야에서 한국의 기술적 우위는 더욱 두드러진다. 한국수력원자력이 개발 중인 SMART(System-integrated Modular Advanced ReacTor)는 출력 100MW급의 일체형 소형 원자로로, 기존 대형 원전 대비 건설 기간을 50% 단축하고 초기 투자비를 40% 절감할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 2025년 현재 SMART 기술은 사우디아라비아와 아르헨티나에서 실증 프로젝트가 진행되고 있으며, 각각 15억 달러와 8억 달러 규모의 계약이 체결된 상태다. 특히 사우디아라비아 프로젝트는 2026년 착공을 목표로 하고 있으며, 이는 중동 지역 최초의 SMR 상용화 사례가 될 전망이다.
두산에너빌리티는 SMR 핵심 부품 분야에서 글로벌 시장 점유율 1위를 차지하고 있다. 동사가 생산하는 원자로압력용기와 증기발생기는 전 세계 SMR 프로젝트의 60% 이상에 공급되고 있으며, 2025년 상반기 기준으로 총 34억 달러 규모의 수주 잔고를 보유하고 있다. 미국의 NuScale Power, 영국의 Rolls-Royce SMR과 비교할 때, 두산에너빌리티의 기술은 제조 효율성과 비용 경쟁력에서 우위를 보이고 있다. NuScale의 VOYGR 시스템이 모듈당 77MW 출력에 건설비 58억 달러가 소요되는 반면, 한국의 SMART 기술은 100MW 출력에 건설비 35억 달러로 kW당 건설비가 약 40% 낮은 수준이다.
4세대 원자력 기술의 상용화 경쟁
4세대 원자력 기술 분야에서도 한국의 기술 개발 속도가 가속화되고 있다. 한국원자력연구원(KAERI)이 개발 중인 초고온가스로(VHTR) 기술은 운전 온도 950°C에서 열효율 50%를 달성할 수 있어, 기존 경수로의 33% 대비 대폭 향상된 성능을 보인다. 이 기술은 전력 생산뿐만 아니라 수소 생산, 해수담수화, 산업공정열 공급 등 다목적 활용이 가능하다는 장점을 가지고 있다. 현재 한국은 이 기술을 바탕으로 연간 20만 톤 규모의 청정 수소 생산이 가능한 실증 플랜트 건설을 추진하고 있으며, 총 사업비 12억 달러가 투입될 예정이다.
국제적으로는 미국의 TerraPower가 나트륨냉각고속로(SFR) 기술을, 중국이 고온가스로(HTR-PM) 기술을 상용화하기 위해 경쟁하고 있다. TerraPower의 Natrium 원자로는 345MW 출력으로 2028년 상업운전을 목표로 하고 있으며, 빌 게이츠가 설립한 Breakthrough Energy가 10억 달러를 투자했다. 중국의 HTR-PM은 이미 2021년 상업운전을 시작했지만, 출력이 200MW에 그쳐 경제성 측면에서 한계를 보이고 있다. 반면 한국의 VHTR 기술은 600MW급 상업용 모델 개발을 목표로 하고 있어, 규모의 경제 달성이 가능할 것으로 평가된다.
원자력 연료 기술에서도 한국의 기술 혁신이 주목받고 있다. 한국핵연료가 개발한 사고저항성연료(ATF)는 후쿠시마 원전 사고와 같은 극한 상황에서도 안전성을 유지할 수 있는 차세대 핵연료다. 이 연료는 기존 지르코늄 피복관 대신 크롬코팅 또는 SiC 복합재료를 사용하여 1200°C 이상의 고온에서도 수소 발생을 억제한다. 미국 웨스팅하우스와 프랑스 프라마톰이 개발 중인 ATF 대비 한국 기술은 제조 공정이 20% 간소화되고 생산 비용이 15% 낮다는 장점을 가지고 있다. 현재 한국핵연료는 연간 1,400톤 규모의 ATF 생산 능력을 확보하고 있으며, 2026년부터 본격적인 상업 공급을 시작할 예정이다.
원자력 산업의 디지털 전환도 한국 기업들이 선도하고 있다. 한국전력기술(KEPCO E&C)이 개발한 디지털 원전 설계 플랫폼은 AI와 빅데이터를 활용하여 설계 기간을 기존 36개월에서 24개월로 단축하고 설계 오류를 90% 이상 줄일 수 있다. 이 플랫폼은 가상현실(VR) 기술을 접목하여 건설 전 단계에서 3D 시뮬레이션을 통한 사전 검증이 가능하며, 건설 과정에서 발생할 수 있는 문제점들을 미리 파악하고 해결할 수 있다. 프랑스의 EDF나 미국의 Bechtel과 같은 글로벌 엔지니어링 업체들도 유사한 디지털 도구를 개발하고 있지만, 한국 기술은 APR1400 설계 경험을 바탕으로 한 데이터베이스 완성도에서 우위를 보이고 있다.
글로벌 원자력 시장의 지정학적 변화
2025년 현재 글로벌 원자력 시장의 지정학적 구도가 크게 변화하고 있다. 러시아의 Rosatom이 전 세계 원전 건설 시장의 50% 이상을 차지하던 구조에서, 서방 국가들의 러시아 에너지 의존도 탈피 정책으로 인해 새로운 공급업체들이 부상하고 있다. 이러한 변화는 한국 원자력 산업에게 전례 없는 기회를 제공하고 있다. 유럽연합은 2024년 REPowerEU 계획의 일환으로 원자력을 청정 에너지원으로 재분류하고, 2030년까지 150GW의 원전 용량 증설을 목표로 설정했다. 이는 약 3,000억 유로 규모의 시장 기회를 의미하며, 한국 기업들이 적극적으로 진출할 수 있는 환경이 조성되었다.
폴란드는 이러한 변화를 보여주는 대표적인 사례다. 폴란드 정부는 2033년까지 총 6기의 원전을 건설하는 계획을 발표했으며, 이 중 첫 번째 프로젝트는 미국의 웨스팅하우스 AP1000 기술을 선택했다. 하지만 두 번째 프로젝트부터는 한국의 APR1400 기술이 유력한 후보로 검토되고 있다. 폴란드 에너지부 관계자에 따르면, 한국 기술은 건설 일정의 예측 가능성과 비용 효율성에서 높은 점수를 받고 있으며, 특히 UAE 바라카 원전의 성공적인 운영 실적이 긍정적으로 평가되고 있다. 폴란드 원전 시장 규모는 총 400억 달러로 추산되며, 한국이 50% 이상의 지분을 확보할 경우 200억 달러 이상의 수주 효과를 기대할 수 있다.
체코와 슬로바키아도 유사한 상황이다. 체코는 두코바니 원전 확장 프로젝트를 통해 2기의 신규 원전 건설을 추진하고 있으며, 한국수력원자력과 두산에너빌리티 컨소시엄이 프랑스 EDF, 미국 웨스팅하우스와 경쟁하고 있다. 체코 산업통상부가 실시한 기술 평가에서 한국 기술은 안전성 부문에서 95점, 경제성 부문에서 92점을 획득하여 최고 점수를 기록했다. 프로젝트 규모는 170억 달러이며, 2025년 12월 최종 사업자 선정이 예정되어 있다. 슬로바키아의 보후니체 원전 3, 4호기 프로젝트도 90억 달러 규모로, 한국 기업들이 강력한 경쟁력을 보이고 있다.
아시아 태평양 지역에서도 한국 원자력 기술에 대한 관심이 높아지고 있다. 필리핀은 40년 만에 원전 건설을 재개하기로 결정하고, 바탄 원전 부지에 600MW급 SMR 2기 건설을 계획하고 있다. 필리핀 에너지부는 한국의 SMART 기술을 우선 검토 대상으로 지정했으며, 이는 45억 달러 규모의 프로젝트다. 베트남도 2030년까지 4GW 규모의 원전 건설 계획을 발표했으며, 한국 기업들과의 협력 방안을 논의하고 있다. 베트남 정부는 한국의 기술 이전과 현지 인력 양성 프로그램을 높이 평가하고 있으며, 이는 중국이나 러시아 기술 대비 한국의 차별화된 경쟁 우위로 작용하고 있다.
중동 지역에서는 UAE 바라카 원전의 성공을 바탕으로 추가 수주 기회가 확대되고 있다. UAE는 2050년까지 14.4GW 규모의 원전 추가 건설을 계획하고 있으며, 한국 기업들과의 장기 파트너십을 통해 이를 추진하고자 한다. 사우디아라비아는 2032년까지 2.8GW 규모의 원전 건설과 함께 SMR 기반의 담수화 플랜트 구축을 계획하고 있다. 사우디 에너지부는 한국의 원전-담수화 연계 기술을 높이 평가하고 있으며, 이는 총 150억 달러 규모의 시장 기회를 제공한다. 이집트와 터키도 각각 4.8GW, 4.5GW 규모의 원전 건설을 계획하고 있어, 중동 지역 전체적으로 한국 원자력 산업의 성장 잠재력이 크게 확대되고 있다.
그러나 이러한 기회와 함께 도전 과제들도 존재한다. 첫째, 글로벌 공급망의 복잡성이 증가하고 있다. 원자로 압력용기용 특수강재, 핵연료, 제어시스템 등 핵심 부품들의 공급망이 지정학적 리스크에 노출되어 있으며, 이는 프로젝트 일정과 비용에 직접적인 영향을 미친다. 둘째, 각국의 규제 요구사항이 점점 까다로워지고 있다. 후쿠시마 사고 이후 강화된 안전 규제와 환경 평가 절차로 인해 인허가 기간이 연장되고 있으며, 이는 사업 리스크를 증가시키는 요인이다. 셋째, 재생에너지와의 경쟁이 심화되고 있다. 태양광과 풍력 발전 비용이 지속적으로 하락하면서, 원자력의 경제성 우위가 약화되고 있다. 2025년 현재 태양광 발전 단가는 kWh당 3-5센트 수준으로, 신규 원전의 7-9센트 대비 여전히 경쟁 우위를 유지하고 있다.
이러한 도전에 대응하기 위해 한국 원자력 산업은 기술 혁신과 비즈니스 모델 다변화를 추진하고 있다. 한국수력원자력은 2025년 하반기부터 ‘원전 플러스(Nuclear Plus)’ 전략을 본격 추진하여, 원전 건설과 함께 담수화, 수소 생산, 데이터센터 전력 공급 등 부가 서비스를 패키지로 제공하는 통합 솔루션을 개발하고 있다. 이 전략은 원전의 경제성을 20-30% 향상시킬 수 있을 것으로 분석되며, 고객 국가의 다양한 에너지 수요를 동시에 충족할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 두산에너빌리티는 모듈화 제조 기술을 통해 건설 기간을 단축하고 비용을 절감하는 데 집중하고 있으며, 2026년까지 SMR 핵심 부품의 공장 제작 비율을 80% 이상으로 높일 계획이다.
한국 원자력 산업의 미래 전망은 매우 밝다. 국제에너지기구(IEA)는 2050년 탄소 중립 시나리오에서 원자력 발전 용량이 현재의 2배인 812GW까지 증가해야 한다고 분석했으며, 이는 약 5조 달러 규모의 시장 기회를 의미한다. 한국이 현재의 기술적 우위와 프로젝트 실행 능력을 바탕으로 글로벌 시장에서 15-20%의 점유율을 확보할 경우, 향후 25년간 연평균 400-500억 달러의 수주 효과를 기대할 수 있다. 이는 한국 경제에 미치는 파급 효과가 연간 GDP의 2-3%에 해당하는 수준으로, 조선, 반도체에 이은 새로운 수출 주력 산업으로 성장할 가능성이 높다. 특히 SMR과 4세대 원자력 기술 분야에서 한국이 확보한 기술적 리더십은 향후 10년간 지속적인 경쟁 우위를 제공할 것으로 전망되며, 이를 통해 한국은 글로벌 청정 에너지 전환을 주도하는 핵심 국가로 자리매김할 수 있을 것이다.
*이 글의 정보는 2025년 11월 25일 기준으로 작성되었으며, 시장 상황과 기술 발전에 따라 변경될 수 있습니다. 투자 결정 시에는 추가적인 조사와 전문가 상담을 권장합니다.*
