타입원 에너지, 최초로 현실적인 통합 핵융합 발전소 설계 기반 마련

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2025-03-28 11:55

녹스빌, 테네시--(Business Wire / 뉴스와이어)--타입원 에너지(Type One Energy)는 실용적인 핵융합 파일럿 발전소를 위한 세계 최초의 포괄적이고 자체 일관적이며 견고한 물리학 기반과 보수적 설계 마진을 오늘 발표했다. 이 물리학 기반은 권위 있는 저널 오브 플라즈마 피직스(Journal of Plasma Physics, JPP) 특별호에 실린 피어 리뷰 논문 7편으로 발표되었다. 이 논문들은 타입원 에너지가 미국 테네시강 유역 개발청(TVA)의 유틸리티를 위해 개발 중인 첫 번째 스텔러레이터 핵융합 발전소 프로젝트 ‘인피니티 투(Infinity Two)’의 토대를 이룬다.

인피니티 투 핵융합 파일럿 발전소의 물리학 설계 기반은 실제 발전소의 운영 경험을 바탕으로 플라즈마 성능, 발전소 시동, 건설 물류, 신뢰성 및 경제성에 대해 상충되는 요구 사항 간의 복잡한 관계를 사상 처음으로 현실적으로 고려했다. 이 인피니티 투 기본 물리학 솔루션은 모듈형 초전도 자석을 활용한 고도로 최적화된 스텔러레이터 핵융합 기술의 본질적으로 유리한 작동 특성을 기반으로 하며, 이는 독일의 W7-X 실험 장치에서 성공적으로 입증된 바 있다.

타입원 에너지의 최고경영자인 크리스토퍼 모리(Christofer Mowry)는 “우리가 에너지 유틸리티를 위한 잠재적 핵융합 발전소 프로젝트를 개발하는 계약을 체결한 최초의 민간 핵융합 기업이 된 이유는 현실에 기반한 설계를 보유하고 있기 때문이다. 인피니티 투의 물리학 기반은 전력망에서 안정적으로 전력을 생산해야 하는 까다로운 환경에 적용되고, 거기서 성능을 발휘하기 위해 필요한 지식에 뿌리를 두고 있다. 우리 조직은 이것이 단순한 과학 프로젝트 설계를 넘어선 것임을 이해하고 있다”고 말했다.

현대 스텔러레이터 분야의 최고 이론가로 널리 인정받는 크리스 헤그나(Chris Hegna)가 이끄는 타입원 에너지는 고충실도 전산 플라즈마 물리학 분석을 수행하여 인피니티 투 발전소의 기능 및 성능 요구 사항을 충족하는 데 따르는 위험을 크게 줄였다. 이 독보적이고 혁신적인 업적은 타입원 에너지의 플라즈마 물리학 및 스텔러레이터 엔지니어링 조직이 주도한 글로벌 개발 프로그램의 결과물이며, 전 세계 국립연구소 및 대학의 광범위한 과학자 연합이 크게 기여했다. 회사는 오크리지 국립연구소(ORNL)의 엑사스케일급 슈퍼컴퓨터 ‘프론티어(Frontier)’를 포함한 미국 에너지부의 최고 성능 컴퓨팅 자원을 비롯해, 다양한 고성능 컴퓨팅 인프라를 활용하여 스텔러레이터 물리학 시뮬레이션을 수행했다.

타입원 에너지의 최고 과학 및 엔지니어링 책임자인 존 캐닉(John Canik)은 “2년 전 이 야심 찬 핵융합 상용화의 이정표를 세우겠다고 약속했고, 오늘 그 약속을 지켰다. 우리 팀은 고성능 컴퓨팅 자원에 대한 액세스를 바탕으로 인피니티 투 스텔러레이터의 설계에 영향을 미칠 수 있는 심층적인 플라즈마 물리학적 통찰을 효율적으로 도출했다. 이를 통해 타입원 에너지는 제한적인 모델링 역량에서 도출된 기존의 사고와 개념을 뛰어넘는, 현실적인 통합형 스텔러레이터 설계를 실증할 수 있었다”고 말했다.

인피니티 투의 일관되고 견고한 물리학 솔루션은 중수소-삼중수소(deuterium-tritium, D-T) 연료 기반의 연소 플라즈마를 구현하는 800MW급 핵융합 스텔러레이터를 탄생시켰으며, 전력망에 350MWe의 공칭 전력을 공급할 수 있다. 이 솔루션은 광범위한 작동 조건에서 탄력적이고 안정적인 거동을 보이는 핵융합 플라즈마, 난류 수송으로 인한 매우 낮은 열 손실, 스텔러레이터의 첫 번째 벽에 대한 직접적인 에너지 손실이 허용 가능한 수준이라는 특성을 지닌다. 인피니티 투 스텔러레이터에는 헬륨 재를 배출하기에 적절한 크기의 아일랜드 다이버터(island divertor)와 적절한 차폐 및 삼중수소 브리딩(tritium breeding)을 제공하는 블랭킷을 모두 수용할 수 있는 충분한 공간이 마련되어 있다. 타입원 에너지는 이 필수적인 물리학 솔루션이 인피니티 투 핵융합 파일럿 발전소에 적합한 기본 스텔러레이터 구성의 훌륭한 기반이 된다고 확신한다.

막스 플랑크 플라즈마 물리학 연구소(Max Planck Institute for Plasma Physics) 스텔라레이터 이론 부문 책임자인 페르 헬란데르(Per Helander)는 “JPP의 이번 특별호에 실린 논문들은 스텔러레이터 개념 기반의 핵융합로 실현을 향한 중요한 진전으로 평가할 수 있다. 수십 년에 걸친 실험과 이론 연구, 특히 JPP에 실린 수많은 이론적 논문 덕분에 스텔러레이터 발전소의 물리학 기반을 매우 상세하게 제시하는 작업이 가능해졌다. JPP는 타입원 에너지의 본 논문 시리즈를 발간하게 된 것을 매우 기쁘게 생각한다. 이번 성과는 해당 분야에서 충실도와 신뢰도 측면에 있어 새로운 기준을 제시했기 때문이다”고 말했다.

핵융합 발전소의 성공적 상용화에서 중요한 역할을 담당하는 이 스텔러레이터 구성을 통해 타입원 에너지는 우수한 발전소 용량 계수(Capacity Factor, CF) 및 그와 관련된 균등화 발전 원가(Levelized Cost of Electricity, LCOE)를 지원하는 유지보수 솔루션을 설계할 수 있었다. 또한 이 구성은 인피니티 투의 합리적인 일시건설비용(Over-Night Cost, ONC)을 달성하는 데 필수적인 부품 제조 및 발전소 건설 방식에 대해 유리한 규제 요건을 뒷받침한다.

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