일본 최초의 상업용 원자력 발전소인 도카이발전소는 1998년 3월 약 30년간의 운전을 종료하고 2001년 12월부터 폐지 조치에 들어갔다. 약 20년이 소요되는 폐지 조치 공정은 소규모에서 중규모로 그리고 대규모의 순서로 진행하며, 원자로 영역 해체 철거 공정은 안쪽에서 바깥쪽, 방사능 레벨이 높은 쪽에서 낮은 쪽을 원칙으로 공사를 진행하고 있다. 일본 내 첫 원전 폐지 조치 사례이기에 도카이발전소 폐지 공정을 통해 원전 폐지 관련 법규 정비도 동시 진행 중이다. 

번역·정리 전화영 객원기자 글 일본원자력발전㈜다케노 마사시(竹野正志) 참고 <전기평론> 제95권 7호

 

 

폐지 조치란 제 역할을 다한 원자로 시설에 대해 시설 내 방사성 물질과 시설 자체의 방사성 부분을 없애 더 이상 방사선 관리가 필요 없는 상태로 하는 것이다. 일본의 경우, 상업용 원자력 발전소의 터를 원자력 발전소 용지로 계속 유용하게 이용할 것을 전제로 한다.
 

다른 나라에서는 연구 시설이나 초기 원자력 발전소에서 이미 폐지 조치를 수많이 실시했으며, 일본에서는 JAEA(구 일본원자력연구소)의 발전 시험용 원자로인 JPDR 등 연구용 원자로 시설의 폐지 조치를 실시해 왔다.
 

도카이(東海)발전소는 1998년 3월 운전을 정지하고, 그 후 약 3년에 걸쳐 모든 연료를 영국에 반출한 뒤 2001년 12월 폐지 조치에 들어갔다. 폐지 조치 공사는 2021년 3월까지 약 20년이 소요될 예정이며 ▲원자로 영역 안전 저장: 2001년부터 약 13년간(실시 중) ▲원자로 영역 해체 철거 및 건물 등 철거: 2014년부터 약 7년간 진행된다(<그림 1> 참조).

 

도카이발전소는 일본에서 첫 상업용 원자력 발전소의 폐지 조치 사례이기에 안전 규제, 폐기물 처리 처분, 비용 등과 관련한 여러 제도 정비를 국가에 적극 요청하는 한편, 각종 과제에 대해 해외 선행 사례를 조사하고, 현재 폐지 조치를 실시하면서 비슷한 과제를 떠안은 각국의 시설과 정보를 교환하는 등 안전을 최우선으로 상업용 발전소의 폐지 조치 실증에 최선을 다하고 있다.   

 

종합에너지조사회·원자력부회의 보고(1985년 6월)에서 상업용 원자력 발전소의 폐지 조치 표준 공정을 정했다. ▲원자로 시설의 정지·연료 추출 후 ‘계통 제염除染’, ‘안전 저장’, ‘해체 철거’로 공정을 세 단계로 분할할 것 ▲방사성 폐기물 처분을 마치고 터를 발전소 용지로 이용할 수 있는 상태로 할 것을 기본으로 한다. 여기서 안전 저장이란 잔존 방사능이 많은 원자로를 중심으로 하는 부분에서 비교적 반감기가 짧은 핵종의 감쇠를 기다리는 기간을 말한다.
 

이러한 기본 방침을 받아들여 도카이발전소의 폐지 조치는 방사능 레벨이 비교적 높은 원자로 영역은 안전 저장 후 해체 철거하기로 하고, 원자로 영역 이외의 부속 설비 등은 원자로 해체에서 생기는 철거물의 반출 경로 확보, 철거물의 전처리 장치 설치 구역 확보, 기자재 하치장 확보, 작업량 평준화 등을 위해 안전 저장 개시 시점부터 차례로 해체 철거키로 했다(<그림 1> 참조). 또한, 폐기 조치는 장기간에 걸친 계획이기에 공정을 분할해 단계적으로 추진해 나가기로 했다.

·원자로 영역 이외의 철거 공사: 2001~2019년(실시 중)    

·열 교환기 등 철거 공사: 2006~2014년(실시 중)    

·원자로 본체 등 해체 철거 공사: 2014~2019년    

·건물 등 철거 공사: 2019~2020년 

 

제1기 공사에서는 원자로 본체에 접속된 계통 밸브를 모두 폐지하고, 원자로 영역을 격리하는 안전 저장 조치를 실시한다. 이후 사용이 끝난 연료 냉각조의 세정·배수, 터빈 건물 영역 기기 철거, 원자로 서비스 건물 영역·연료 취급 건물 영역의 기기 철거, 연료 교환기 철거 등을 실시한다.

제2기 공사에서는 연료 취급기 트랜스포터, 열 교환기 주변 기기, 열 교환기와 안전 저장 대상 범위 외 1차계 가스 덕트 철거 등을 실시한다. 

제3기 공사에서는 원자로 본체, 생체 차폐체 해체 철거 등을 실시한 후, 오염 상황을 확인한 다음에 각 건물을 해체 철거한다.

마지막으로 시설을 모두 해체 철거해 나대지(건축물이 없고 공법·행정상 규제를 받는 토지) 상태로 하고, 모든 방사성 고체 폐기물을 대상 시설에서 철거하면 폐지 조치는 끝이 난다(<그림 2> 참조).공사는 비교적 소규모에서 중규모로 진행하며, 그때까지 얻은 기술·경험을 살려 이후 원자로 영역 철거 등과 같은 대규모 공사를 실시한다. 원자로 영역 해체 철거 공정은 아래와 같은 순서로 안쪽에서 바깥쪽, 방사능 레벨이 높은 쪽에서 낮은 쪽을 원칙으로 공사를 진행한다.

 

·노 내 삽입물 추출 → 원자로 본체 철거 준비 → 원자로 본체 철거 → 생체 차폐체 철거 → 환기 설비 등 기기 철거 → 방사성 폐기물 처리 시설 철거 → 관리 구역 해제 → 각 건물 철거 

 

이는 방사성 물질이 밖으로 새는 것을 방지하기 위한 장벽과 방사선 차폐체로 기존 구조물을 이용하기 위해서다. 또한, 방사능 레벨이 비교적 높은 원자로 영역의 철거는 작업 효율화와 피폭 저감을 위해 원격 해체 공법 등과 같이 필요한 기술을 개발해 나가면서 하기로 했다.

 

원자로 영역의 안전 저장 조치와 제1기 공사에 해당하는 여러 공사를 계획대로 마치고, 현재는 열 교환기 등을 철거하는 제2기 공사를 하는 중이다. 

① 터빈 건물 콘크리트 샘플 채취 공사: 콘크리트 리사이클 R&D를 위해 터빈 건물(비관리 구역)의 콘크리트 슬래브 중 불필요한 부분에서 콘크리트를 채취해 구외로 반출했다(약 75톤 채취).

② 사용이 끝난 연료 냉각조 세정·배수: 사용이 끝난 연료 냉각조 내에 있는 연료 수납 랙 등과 같은 수중 기기를 세정하고 철거한 후, 냉각조 벽면과 바닥면을 세정했다. 냉각조의 냉각수는 마련한 방사성 폐액 처리 설비에서 처리한 뒤 방사능 농도를 확인하고 바닷물로 희석·방류했다.

③ 보기補機 냉각수 설비 등 개조 공사: 보기 냉각수는 폐지 조치 단계에서 냉각 대상 설비가 한정적이어서 작은 용량의 대체 설비를 설치했다. 또한, 보급 수계 배관이 폐지 조치 공사에 지장을 주지 않도록 시설 경로를 변경했다. 원자로 건물의 소화 설비는 소화 수원水源을 바꾸기 위해 배관 시설 경로를 변경하고, 옥내 소화전 설비 대신 동력 소방 펌프 설비를 배치했다.

④ 전원 설비 변경 공사: 폐지 조치 공사를 안전하고 합리적으로 하기 위해 폐지 조치 공사에 맞는 전원 공급 설비로 개조하고, 폐지 조치 기간 중에 유지되는 설비와 각 구역의 전원반으로 들어가는 전원 케이블 등이 해체 공사에 지장을 주지 않도록 케이블 시설 경로를 변경했다.

⑤ 기름 탱크 등 잔재 처리 공사: 각 건물 기기 해체에 앞서, 화재·폭발·약품 재해 등의 발생을 막고 작업 안전을 확보하고자 기기와 배관, 탱크에서 기름, 약품, 냉매 등의 잔재를 회수, 처리했다.

⑥ 터빈 건물 영역의 기기 철거 공사: 폐지 조치에 드는 자재 또는 기기 하치장 등에 활용하고자 먼저 터빈 건물 내 터빈 발전기, 복수기, 배관 등 건물 내 일반 기기, 급수 처리실 내 기기, 옥외 개폐소 및 취수계 기기를 철거했다.

⑦ 원자로 서비스 건물 영역의 기기 철거 공사: 제2기 공사에서 실시하는 연료 교환기 등 해체 공사 시 생기는 철거물의 반출 경로를 확보하고자 비상용 디젤 발전기, 급수 펌프 등과 같은 기기를 비롯해 원자로 서비스 건물의 외벽 배관을 철거했다. 또한, 기기와 배관의 석면 함유 보온재는 비산 방지 양생을 하고 떼어냈다.

⑧ 연료 취급 건물 영역의 기기 철거 공사: 원자로 영역 해체 철거를 위한 준비의 일환으로 파손 연료 검출기, 원자로 냉각재 건조기, 비상용 탄산가스 저장 탱크 등 연료 취급 건물 영역의 기기를 철거했다.

⑨ 연료 교환기 등 철거 공사: 원자로 영역 해체 철거를 위한 준비의 일환으로 운전 바닥 영역의 연료 교환기 본체를 철거했다.

 

폐지 조치 제2기 공사 실적  

① 연료 교환기 등 철거 공사: 연료 교환기 본체와 마찬가지로, 원자로 영역 해체 철거를 위한 준비의 일환으로 연료 교환기의 대차臺車에 해당하는 트랜스포터를 철거했다.

② 열 교환기 주변 기기의 철거 공사: 열 교환기 본체를 철거하기에 앞서 주변 기기(보온재, 가스 순환기, 증기 드럼 등)를 철거해 열 교환기 본체 공사에 필요한 공간을 확보했다.

③ 가스 덕트 철거 공사: 열 교환기와 원자로를 잇는 고온(Hot)·저온(Cold) 가스 덕트를 철거했다. 고온 가스 덕트는 옥외 배선이라 임시 건물로 에워싸고 방사선 관리 구역을 설정한 후 철거했다.

④ 열 교환기 철거 공사: 열 교환기는 1기당 중량이 약 750톤, 높이가 약 25m, 지름이 약 6m로 지금까지 한 공사보다 큰 대규모 공사다. 또한 가스 냉각로를 보면, 세계 최초의 대형 열 교환기 철거다. 2014까지 진행 예정이다. 

열 교환기는 대형 잭Jack으로 들어 올려 아래부터 차례로 철거하는 잭 다운 공법을 채택했다. 이렇게 하면 고소 작업을 피할 수 있는 동시에, 방사선 관리 구역을 열 교환기 본체 하부(건물 3층 바닥)로 한정할 수 있다. 또한, 열 교환기의 해체 철거에 원격 절단 장치를 이용하며, 원격 기술의 습득·실용화를 위해 절단 작업을 직영으로 추진 중이다(<그림 3> 참조).


 

원격 절단 장치는 고출력 가스 절단 장치 개발, 충돌 방지 기능을 부가해 조작성을 높이고 3D 모델을 활용해 조작 절차를 개선하는 한편, 현장에 있는 모든 대상물 형상을 그대로 재현한 공장 시험을 통해 미조정했다. 또한, 설치 상태를 모의한 동작 확인, 열 교환기 모의체의 절단 시험을 일본원자력발전㈜ 직원이 직접 조작해 봄으로써 장치의 조작성과 기능을 확인했다(<그림 4> 참조). 여기서 얻은 설계·제작·철거 엔지니어링, 최적의 절단 절차와 절단 방식 선택, 합리적인 해체 순서, 방사선 안전 등의 노하우를 제3기 공사에 활용할 예정이다.

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도카이발전소는 2001년 12월 폐지 조치에 들어갔으며, 2010년 이전까지 시행한 해체 철거 대상물의 방사능 레벨은 비교적 낮은 것이었다. 2010년부터 시행한 열 교환기 본체의 해체 철거로 생기는 폐기물은 방사능 레벨이 훨씬 높은 동시에 대형 해체 폐기물에 속한다.

도카이발전소의 폐지 조치에서 얻은 노하우를 정비해 향후 경수로 폐지 조치에 활용해 나가는 일이 무엇보다 중요하다.