블록체인 기반 원자력 발전소 관리 시스템의 타당성

빠르게 변화하는 기술 세계에서 원자력 산업은 안전성, 투명성 및 효율성을 향상시키기 위한 혁신적인 솔루션을 찾고 있습니다. 이러한 유망한 기술 중 하나가 블록체인으로, 이는 거래를 추적하고 검증하기 위한 분산형이고 안전한 방법을 제공합니다. 

이 Cryptopolitan 가이드는 우라늄 채굴부터 폐기물 관리에 이르기까지 원자력 공급망의 다양한 단계에서 원자력 발전소 관리에 블록체인 기술이 가질 잠재력을 탐구합니다.

블록체인 및 원자력 발전소 개요

발전소는 자동화를 점점 더 채택하고 있으며, 이는 컴퓨터 시스템 사용 증가로 이어집니다. 이를 지원하기 위해 발전소 관리 시스템(PMS)이 구현됩니다. 이 시스템은 발전소 시설의 효율적인 운영 및 관리를 지원합니다. 여기에는 일상적인 작업 일정, 유지보수 계획, 정지 계획 및 자재 관리가 포함됩니다. 정지 계획에는 작업 목록 작성, 자원 할당 및 일정이 포함되며, 자재 관리는 장비 세부 정보, 저장 및 주문 프로세스에 중점을 둡니다.

또한 PMS는 방사선 안전 점검, 작업자 자격 관리, 도구 교정 및 특수 도구 관리를 지원합니다. 에너지 부문에서는 다양한 작업에 전문가 시스템 사용으로 전환되는 추세입니다. 이러한 시스템은 가압수형 원자로의 수질 화학, 비상 절차 및 연료 계획과 같은 작업에 귀중한 통찰력을 제공합니다.

그러나 원자력 발전소 관리의 과제는 규제 기관과 대중 간의 신뢰를 확보하는 것입니다. 가짜 부품이 사용되거나 문제 보고가 지연된 사례가 있었습니다. 이러한 우려를 해소하기 위해 PMS에 블록체인 기술을 통합하자는 제안이 있습니다. 블록체인은 데이터 보안, 투명성 및 일관성 등의 이점을 제공합니다. 하지만 프라이버시와 대량의 데이터 처리와 관련하여 여전히 과제가 있다는 점을 유의해야 합니다. 블록체인의 잠재적 적용 분야는 금융부터 정부 서비스, 심지어 산업 공정까지 다양한 부문에 걸쳐 있습니다. 블록체인 적용의 가장 유망한 분야 중 하나는 공급망 관리입니다.

원자력 발전소의 사고 또는 고장 대응 방식

국제 원자력 기구(IAEA)와 경제 협력 개발 기구(OECD)의 원자력 에너지 기구(NEA)와 같은 국제적으로 인정된 기관들은 원자력 시설의 사건 심각도를 측정하기 위한 등급 체계를 마련했습니다. 이 시스템은 국제 원자력 사고 및 사건 척도(INES)로 알려져 있으며, 원자력 사건이 일관되게 평가되고 대중과 미디어가 쉽게 이해할 수 있도록 보장합니다. 1990년에 시작되어 1992년경 널리 채택되었으며, 한국을 포함한 약 60개국이 INES를 사용하고 있습니다. 이 척도 내에서 4~7등급은 원자력 사고를, 0~3등급은 고장을 의미합니다.

사건이 발생하면 원자력 발전소 운영자는 즉시 원자력안전위원회(NSSC) 및 한국원자력안전기술원(KINS)과 같은 관련 당국에 세부 사항을 보고합니다. 심각도에 따라 이러한 기관들은 전문가 팀을 파견하여 사건을 조사하고 원인을 규명하며 예방 조치를 제안합니다. 그들의 발견 사항은 NSSC에서 검토하며, NSSC는 발전소에 추가 조치를 조언합니다. 2013년부터 투명성을 보장하고 은폐를 방지하기 위해 자동 경고 및 메시징 시스템이 도입되었습니다. 그러나 사건 보고의 완전한 투명성을 보장하는 데에는 여전히 과제가 남아 있습니다.

현재 발전소 관리 시스템의 문제점

발전소 관리 시스템을 운영하는 데에는 일련의 과제가 따릅니다.

• 장비 신속 수리: 장비에 고장이 발생하면 신속하게 수리하는 것이 중요합니다. 이를 위해 예비 부품을 준비하거나 빠르게 조달할 수 있는 시스템이 필요합니다. 주요 장비 제조업체와 협력하거나 유사한 발전소 간 유지보수 정보를 공유하면 이 과정을 가속화할 수 있습니다.

• 사고 및 고장 기록: 모든 사고에 대한 정확한 기록을 유지하는 것이 중요합니다. 그러나 고압 상황에서는 사건을 정확하게 기록하는 것이 어려울 수 있습니다. 안전 시설의 운영, 고장 및 유지보수 관련 기록은 규제 지침에 따라 투명하게 보고되어야 합니다. 공공의 신뢰를 유지하고 은폐 의혹을 방지하기 위해 투명하고 제도화된 정보 보고 및 공개 시스템이 필요합니다.

원자력 발전소 운영에 블록체인 통합

블록체인 기술은 디지털 거래를 촉진하도록 설계된 분산 원장 시스템입니다. 많은 사람들이 사물 인터넷(IoT)이 정보를 처리하는 방식에 익숙하지만, 보안에 대한 우려가 커지고 있습니다. 바로 여기서 블록체인이 이러한 보안 과제를 해결하는 솔루션을 제공합니다.

원자력 발전소 관리에 블록체인을 통합하는 주요 목표는 민감한 정보의 객관적이고 투명한 처리를 보장하는 것입니다. 중앙 집중식 시스템 대신 블록체인은 분산 방식으로 작동합니다. 

원자력 발전소의 경우, 이는 데이터의 무단 변경을 방지하여 운영자의 오류나 실수가 은폐되지 않도록 하는 데 도움이 됩니다. 또한 사건 발생 시 취해진 필요한 조치를 모니터링하는 신뢰할 수 있는 방법을 제공합니다.

원자력 발전소 정보 관리를 위한 블록체인

블록체인 기술은 그리드 신뢰성, 에너지 소비 및 규제 위험과 같은 과제로 인해 에너지 부문을 혁신하지는 못할 수 있지만, 발전소 정보 관리를 강화하는 데 상당한 잠재력을 가지고 있습니다. 블록체인을 DREAMS 시스템과 통합하면 unparalleled(비할 데 없는) 투명성과 정확도로 사건과 고장을 모니터링할 수 있는 기회가 있습니다.

한국은 25개의 원자력 발전소를 운영합니다. 2005년부터 한국수력원자력(KHNP)은 이러한 발전소를 모니터링하기 위해 DREAMS라는 통합 발전소 관리 시스템을 사용해 왔습니다. 이 시스템은 2016년에 업그레이드되어 4차 산업혁명의 첨단 기술을 통합한 스마트 E-타워 시스템으로 진화했습니다. 

어떤 발전소에서든 문제가 발생하면 스마트 E-타워 시스템이 이를 분석하고 해결책을 마련한 후 해당 발전소에 결과를 전달합니다. 이러한 중앙 집중식 접근 방식은 모든 발전소를 동시에 모니터링할 수 있게 하여 공통 문제에 대한 선제적 조치를 가능하게 합니다.

발전소 정보 관리 시스템에 블록체인을 통합하면 다음과 같은 현재 과제를 해결할 수 있습니다.

• 사고 또는 고장에 대한 신속하고 안전한 대응을 보장하고 감독 기관에 대한 정확한 보고를 보장합니다.
• 블록체인을 사용하면 사전 정의된 데이터가 관련 당국에 자동 보고되고, 시기적절한 운영 경험이 다른 발전소와 공유됩니다.
• 블록체인에서 노드로 표현된 모든 이해 관계자는 사고, 고장 및 심지어 예비 부품에 대한 정보를 투명하게 공유할 수 있습니다.
• 블록체인 통합 PMS의 비전을 실현하기 위해 허가된 블록체인 모델이 권장됩니다.

블록체인은 원자력 공급망을 어떻게 개선할 수 있을까요?

블록체인의 다재다능함은 개별 구성품의 복잡한 공급망으로 시작되는 원자력 공급망 전반에 걸쳐 활용될 수 있습니다. 최근 사건들이 보여주듯 원자력 발전소의 사소한 오작동이 치명적인 결과를 초래할 수 있으므로, 원자력 발전에 사용되는 모든 구성품과 자재의 완전한 검증을 보장하는 것이 중요합니다.

원자력 부문은 다른 많은 부문과 마찬가지로 복잡한 공급망으로 특징지어집니다. 연료의 경우 여정은 우라늄 광산에서 시작됩니다. 지난 몇십 년간 주요 우라늄 공급국에는 카자흐스탄, 우즈베키스탄, 미국, 러시아, 독일 등이 포함되었습니다. 세계 원자력 기구의 성명에 따르면, 전 세계 원자력 발전 수요는 매년 67,500톤의 우라늄을 필요로 합니다.

이 분야에서 블록체인의 잠재력은 방대합니다. 우라늄의 채굴 및 가공을 모니터링하여 카자흐스탄과 같은 신흥 경제국에서 우려가 있을 수 있는 안전하고 친환경적인 채굴 관행을 보장할 수 있습니다. 또한 블록체인은 인정된 채굴 현장에서의 우라늄 도난 또는 분실을 방지할 수 있습니다. 현재 보고 시스템은 누락된 우라늄 공급에 대해 광산 관리자에게 통지하는 데 한 달 이상 걸릴 수 있습니다. 블록체인을 사용하면 이러한 중요한 보고 시간을 크게 단축하여 안전성과 책임성을 높일 수 있습니다.

우라늄 농축 추적을 위한 블록체인 

채굴 후, 원자력 연료 공급망의 다음 단계는 우라늄 농축입니다. 우라늄은 두 가지 동위원소, 즉 U-235와 U-238로 구성되어 있다는 점을 이해하는 것이 중요합니다. 농축 절차의 목표는 우라늄 내 U-235의 농도를 높이는 것입니다. 대부분의 원자력 발전소는 3~5%의 U-235 농도를 필요로 하지만, 일부는 최대 20%의 농도를 요구합니다.

한편, 핵무기에 사용될 우라늄은 최대 90%의 U-235 농도에 도달해야 합니다. 우려되는 점은 5% 또는 20% 수준의 우라늄을 농축하는 데 사용되는 기술이 90% 임계값을 달성하기 위해 적응될 수 있다는 것입니다. 이러한 잠재적 오용은 현재 우라늄 농축에 부과된 엄격한 국제 통제를 강조합니다.

블록체인은 이러한 과제를 해결하는 솔루션을 제공합니다. 농축된 우라늄 배치에 대한 영구 기록을 수립하여 농축 시설을 관리하는 국가 및 민간 기업 간의 안전한 기록 유지에 기여할 수 있습니다. 이는 우라늄이 무기 등급 수준으로 불법적으로 농축되는 것을 방지하는 데 도움이 될 수 있습니다. 농축 후, 블록체인은 농축 시설에서 우라늄이 연료로 사용되는 원자력 발전소까지의 변조 방지 추적을 추가로 보장할 수 있습니다.

원자력 발전소의 위조품 방지를 위한 블록체인

우라늄은 원자력 에너지 생산에 핵심적이지만, 원자력 공급망의 한 구성 요소에 불과합니다. 다른 중요한 요소에는 전력 생성을 감독하는 컴퓨터 시스템 및 칩, 그리고 인프라를 구성하는 세라믹, 강철, 콘크리트와 같은 기초 자재가 포함됩니다.

원자력 부문은 많은 산업과 마찬가지로 위조품, 사기성 품목 및 의심스러운 품목(CFSI)의 침투에 대한 시급한 우려가 있습니다.

월마트의 푸드 트러스트(Food Trust) 이니셔티브와 유사점을 고려해 보면, 이는 공급업체가 블록체인을 사용하여 농산물의 원산지를 추적하도록 의무화합니다. 원자력 발전소도 유사한 접근 방식을 채택할 수 있습니다. 기본 구성 요소에 이르기까지 모든 자재가 블록체인 시스템을 통해 추적 가능하도록 요구함으로써 위조품 통합 위험을 크게 줄일 수 있습니다. 이는 하자품이나 위조품으로 인한 잠재적 사고를 최소화할 것입니다.

그러나 이러한 시스템을 구현하는 것에도 과제가 있습니다. 많은 원자력 시설은 현재 전통적인 종이 기반 기록 보관에 의존하고 있으며, 공급망에 대한 기본 컴퓨터화된 추적조차 부족합니다. 블록체인 기반 시스템으로 전환하려면 기존 프로세스를 크게 재구성해야 합니다.

블록체인을 이용한 원자력 발전소 폐기물 추적

초기 원자력 자재의 보안 및 검사 과정 지원 외에도, 블록체인은 원자력 폐기물 관리 감독을 위한 유망한 도구로 부상하고 있습니다.

원자력 폐기물은 위험 수준이 다양합니다. 일부는 비교적 무해하지만, 특정 폐기물 유형은 수천 년 동안 인간 건강에 위협이 될 수 있는 방사능을 유지할 수 있습니다. 전통적인 폐기물 저장 방법은 부식으로 인해 실패한 경우가 있어 유해 누출을 초래했습니다. 이러한 과제를 인식하여 미국과 핀란드와 같은 국가들은 지하 보안 시설 깊이에 원자력 폐기물을 저장하는 전략을 수립하고 있습니다. 이러한 조치는 지하수 오염을 방지하고 잠재적 도난 또는 사보타주를 억제하는 것을 목표로 합니다.

이러한 지하 저장 전략이 성공하려면 폐기물 제품의 세심한 추적이 필수적입니다. 여기서 블록체인의 능력이 빛을 발합니다.

2020년, SLAFKA라는 주목할 만한 이니셔티브가 공개되었습니다. 스틴슨 센터의 블록체인 실습 프로그램, 핀란드 방사선 원자력 안전청(STUK), 그리고 호주 뉴사우스웨일스 대학의 협력 노력인 SLAFKA는 원자력 폐기물 보호를 위해 맞춤화된 블록체인 프로토타입입니다. 이 프로젝트는 지하 저장소에서 사용된 연료를 모니터링하는 데 중점을 두어, 신뢰할 수 있는 당사자들이 전반적인 기밀성을 유지하면서 중요한 정보를 공유할 수 있게 합니다.

결론

내재된 투명성과 보안 기능을 갖춘 블록체인 기술은 원자력 산업에 변혁적인 솔루션을 제시합니다. 원자력 공급망의 다양한 단계에 블록체인을 통합하면 감독 강화, 위험 감소 및 대중 신뢰 증대의 잠재력이 있습니다. 산업이 안전과 투명성을 계속 우선시함에 따라, 블록체인은 그 무기고에서 필수적인 도구가 될 가능성이 매우 높습니다.