한빛원전 4호기 격납건물 구조건전성 제3자 평가보고서
한빛원전 4호기 격납건물 구조건전성 제3자 평가보고서
  • 영광21
  • 승인 2022.08.19 09:37
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“원전구조물 기능 상실 확률 크지 않다” 하지만 선례 없어 평가 한계도

최대 깊이 157㎝를 포함해 140개에 달하는 공극 발생으로 구조건정성의 이상 유무와 관련해 주민과 원자력 관련 당사자를 제외한 제3자의 한빛원전 4호기 격납건물 구조건전성 제3자 평가용역 보고회가 지난 8월5일 영광군의회에서 열렸다.
제3자 평가는 영광군과 영광군의회 한빛원전범군민대책위로 구성된 <한빛원전 현안대책협의회>의 요구로 이뤄졌다. 제3자 평가는 한국전산구조공학회(회장 이행기·한국과학기술원 건설 및 환경공학과)가 담당했다.   
평가는 지난 5월9일부터 7월22일까지 원전 구조해석 보고서 검토, 격납구조 가동중검사 관련 절차서 계획 검토와 원전 원설계와 한수원측에서 구조건전성 평가를 담당했던 한전기술 방문, 한수원 발표 청취 및 질의응답 등을 통해 결론을 도출했다.
최종 결론을 내렸지만 평가를 담당한 구조공학회는 “원전 구조물에 공극이 발생한 선례가 없어 이를 이유로 구조건전성을 평가하기에는 기초자료가 빈약했다는 점을 이번 제3자 평가 결과에서 고려해야 한다”고 보고회에서 밝혔다. 
다음은 구조공학회가 평가보고회에서 대외용으로 공개한 보고서 가운데 결론 부분만을 발췌한 것이다. 
/ 편집자 주


전산구조공학회의 자문위원들은 본 과제와 관련하여 서류검토, 질의응답, 현장방문 등의 활동을 통하여 다음과 같은 결론을 도출하였음.

1. 원설계기반 구조해석
▶ 지금까지 주로 논의되었던 공극이 있는 원전의 구조적 안전성 평가는 원설계기반 구조해석을 바탕으로 함.
▶ 원설계기반 구조해석이란 원전구조물의 설계를 위해 법(원자력안전위원회에 고시)으로 정해진 방법과 절차를 따르는 구조해석을 말함. 한빛원전의 격납건물에 대한 구조건전성평가를 원자력안전위원회로부터 승인받기 위해서는 원설계기반의 구조해석의 결과를 필요로 함.
▶ 공극이 있는 원전구조에 대한 국내외적으로 정해진 또는 인정된 구조해석 방법과 절차는 없음. 한수원과 한전기술은 공극이 있는 원전을 대상으로 국내외 전문가들의 자문을 받아 타당한 원설계기반 구조해석 방법을 찾고자 상당한 노력했다는 점 인정할 만함.
▶ 원설계기반 구조해석에 사용된 ABAQUS와 ANSYS는 전세계적으로 가장 널리 쓰이는 유한요소해석 소프트웨어임. 
유한요소의 종류 및 메쉬, 하중 및 변위 경계조건, 텐던 모델링, 해석절차 등을 확인하였는바, 특이 사항 없음. 두 소프트웨어의 결과가 유사했다는 점은 두 소프트웨어가 상호 검증되었다고도 볼 수 있음. 

2. 설계기준과 실제 구조성능
▶ 일반적으로 구조물은 외부에서 가해지는 하중에 대하여 충분히 여유를 가지고 버틸 수 있도록 설계됨. 원전구조물의 경우 여타의 다른 구조물에 비하여 더욱 큰 여유를 갖도록 상당히 보수적인 설계방법론을 채택하고 있음.
▶ 예를 들면, 원전구조가 내압 54psig을 기준으로 설계되었을 때, 실제 원전은 그 내압의 2배에서 3배에서도 견딜 수 있는 성능을 가지고 있다고 알려져 있음. 
▶ 따라서, 원전에 공극이 어느 정도 있더라도 설계기준과 실제성능 사이에 상당한 여유로 인해 원전구조물이 기능을 상실할 확률은 크지 않음.(많은 여타 구조물에서 경제성을 우선시하는 실제성능을 기반으로 한 구조설계 방법론이 채택되고 있으나, 최대한 보수적인 안전개념에 기반하여 원전구조가 설계되고 있음.)

3. 보수 계획
▶ 현재 계획되는 원전의 보수는 시멘트 계열의 채움재를 이용하여 공극을 메꾸는 것으로, 철근의 부식을 막아줄 수는 있지만 공극에 의해 저하된 실제 구조성능을 100% 회복시키는 것은 쉽지 않음.
▶ 극한 상태 시 철근과 텐던(tendon)은 높은 내압에서 균열 진전을 늦추는 매우 중요한 역할을 하므로 부식으로 인한 성능저하를 막기 위해 채움재를 이용한 공극을 메꾸는 보수공사는 반드시 진행되어야 함.
▶ 채움재를 이용한 보수 시 채움재와 기존 콘크리트 사이의 계면에 충분한 부착력이 확보되어야 함. 콘크리트 내부에 흘러나오는 기름은 부착력을 약화시키기 때문에 적절히 처리하여야 함.
▶ 채움 시 채움재가 공극 없이 밀실하게 채워질 수 있도록 하여야 함.

4. 검사절차서
▶ 가동중 검사는 시간경과에 따른 격납구조의 취약화 정도를 평가하므로 원설계기반의 격납건물 구조건전성평가와는 구분된다고 판단됨.
▶ 현재 원전 격납구조 가동중 검사는 기존 원자력안전위원회에 고시된 규정에 따라 수행되고 있는 것으로 판단됨.
▶ 그러나 기존 가동중 검사에만 의존하여 실제 원전의 안전성을 평가하고 그 결과를 단정 짓는 것은 한계가 있다고 판단됨.
▶ 원전 격납 구조물 안전성 확보를 위해서는 콘크리트 균열 검사 및 텐던 장력 측정이 매우 중요하며 이 부분에 대해서는 검사 절차 및 규정이 명확히 고시됨.
▶ 반면 가동중 CLP(격납건물) 내부 콘크리트 검사에 대한 규정은 없으며 장기적으로 비파괴 방식으로 CLP 내부 콘크리트 결함 발생여부를 검사할 수 있는 기술에 대한 기술개발, 현장적용 및 관련 규정 개발이 필요함.

5. 제언
▶ 한수원은 영광군민들에게 ‘원설계기반 구조해석’과 ‘설계기준 및 실제 구조성능의 차이’에 대한 의미를 명확히 전달할 필요 있음.
▶ 공극이 있는 원전구조의 원설계기반 해석에서 사용된 방법론들에 대한 이론적 및 실험적 근거를 보다 명확히 하기 위한 노력은 지속되어야 함.
▶ 철근의 추가적인 부식을 막기 위해 채움재를 이용한 가능한 빠른 보수가 요구됨. 신속한 보수 이후, 원전의 구조성능을 계속적으로 유지/향상시키기 위한 노력이 필요함.
▶ 한수원은 원전의 안전성에 대한 전문적인 개념들 및 향후 대책에 대하여 영광군 주민들에게 알기 쉽게 설명할 수 있도록 끊임없이 노력해야 함.
▶ 영광군민들과 한수원은 서로를 이해하기위해 상호 최선의 노력을 하여, 영광군민들이 항상 안심하고 생활할 수 있도록 해야 함.