생성형 AI(Generative AI)와 데이터센터의 폭발적 확산으로 미국의 전력 수요가 수십 년 만에 급증세로 돌아섰다. 딜로이트(Deloitte) 분석 리포트에 따르면 미국 내 데이터센터 전력 수요는 2035년까지 약 5배 증가하여 176GW에 이를 것으로 전망된다. 이러한 전력 수요 폭증에 대응하기 위해 원자력 에너지가 청정하고 안정적인 해법으로 재조명되고 있으며, 2025년 트럼프 행정부는 2050년까지 원자력 발전 용량을 현재의 4배 수준으로 확대하겠다는 야심 찬 계획을 발표했다.

24시간 안정 공급 가능한 원자력, 데이터센터 전력 해법으로 부상

원자력은 데이터센터 전력 수요에 대응하기 위한 최적의 에너지원으로 평가받고 있다. 딜로이트 분석에 따르면 향후 10년간 예상되는 데이터센터 전력 수요 증가분의 약 10%는 신규 원자력 발전 용량을 통해 충당될 것으로 보이며, 이는 35GW에서 62GW에 이르는 대규모 원자력 용량 확충을 전제로 한 것이다. 원자력은 2024년 기준 미국 전체 전력의 19% 이상을 공급하며, 전체 발전 설비의 약 8%를 차지한다.

원자력의 가장 큰 장점은 날씨나 계절에 영향을 받지 않고 24시간 안정적으로 전력을 공급할 수 있다는 점이다. 설비 이용률이 92.5% 이상으로 천연가스 56%, 풍력 35%, 태양광 25%보다 월등히 높아 AI 및 생성형 AI 애플리케이션의 무중단 운영과 투자수익 극대화에 필수적이다. 또한 단일 원자로는 800MW 이상의 전력을 생산하며, 대규모 데이터센터는 물론 AI 특화 메가캠퍼스의 전력 수요에도 대응할 수 있다. 발전 과정에서 사실상 온실가스 배출이 없는 청정에너지원으로 탄소중립 달성과 ESG 목표 실현에도 기여한다.

트럼프 행정부, 원자력 르네상스 선언하며 전방위 정책 지원

트럼프 행정부 출범 이후 미국 정부는 원자력을 국가 에너지 안보와 산업 경쟁력의 핵심 축으로 재정의하며 전면적인 활성화 정책을 추진하고 있다. 2025년 1월 발표된 'American Nuclear Renaissance Initiative'를 기점으로 정부는 차세대 원자로인 소형모듈원전(SMR, Small Modular Reactor)과 마이크로리액터의 상용화를 촉진하기 위한 규제 완화와 세제 인센티브 제도화를 본격화했다.

미국 에너지부(DOE)는 약 20억 달러 규모의 인프라 투자 계획을 통해 기존 원전의 디지털 업그레이드와 신규 기술 실증 프로젝트를 병행 추진 중이며, 이를 통해 원전의 효율성과 안전성을 동시에 제고하고 있다. 백악관은 데이터센터 및 AI 산업의 급격한 전력 수요 증가에 대응하기 위해 원자력을 청정전력 공급원으로 공식 지정하고, 민간 투자를 촉진하기 위한 정책과 금융 지원 기반을 강화하였다. 2025년 2월에는 의회가 'Advanced Nuclear Deployment Act of 2025'를 발의하여 규제 단축과 세제 혜택, 인허가 절차 간소화 조항을 포함시켰으며, 4월에는 미국 원자력규제위원회(NRC)가 소형모듈원전 건설 인허가 프로세스를 단축 시행했다.

구글·메타 등 빅테크 기업들, 원자력 전력 확보 경쟁 가세

미국의 주요 원자력 기업과 기관들은 정부의 정책 기조에 발맞추어 투자 확대와 기술 상용화에 속도를 내고 있다. Constellation Energy는 2025년 1월 연방정부와 10년간 약 10억 달러 규모의 원자력 전력공급 계약을 체결하며 원자력을 공공부문 핵심 전력원으로 재정립했다. Dow와 X-Energy는 텍사스 지역에서 차세대 소형모듈원전 건설을 공동으로 추진 중이며, TVA(Tennessee Valley Authority)는 미국 최초로 소형모듈원전 건설 허가를 신청하며 민간과 공공 협력 모델의 선도적 사례를 제시하고 있다.

주목할 만한 점은 글로벌 IT 기업들도 데이터센터의 전력 확보를 위해 원전 기반 전력구매계약(PPA, Power Purchase Agreement)을 체결하며 디지털 인프라와 원자력 산업 간 새로운 수요 연결고리를 형성하고 있다는 것이다. 2025년 6월 메타(Meta)가 일리노이 원전과 20년간 전력구매계약을 체결했으며, 8월에는 구글(Google)이 데이터센터용 원자력 전력공급을 위한 소형모듈원전 계약을 체결했다. 미국 에너지부는 Reactor Pilot Program과 고농축 저농축우라늄(HALEU) 파일럿 프로젝트를 통해 민간기업의 기술 실증과 연료 공급망 복원을 적극 지원하고 있다.

건설 지연·폐기물 처리·핵연료 의존도, 미국 원자력의 삼중고

미국 내 원자력 발전 확대 과정은 여러 기술적이고 사회적인 도전 과제를 수반한다. 원자력 발전소는 오랜 기간 건설 지연과 비용 초과 문제에 직면해 왔다. 최근 상업 운전에 들어간 한 프로젝트는 114% 이상의 비용 초과와 6년의 지연을 기록하였으며, 이는 경제적 타당성과 다른 에너지원 대비 경쟁력에 부정적 영향을 미쳤다. 2024년 기준 원자력 발전소의 자본적 지출은 kW당 6,417달러에서 12,681달러 수준으로, 천연가스 발전소의 kW당 약 1,290달러 대비 현저히 높은 비용 구조를 보이고 있다.

폐기물 관리 문제도 심각하다. 미국은 고준위 방사성 폐기물에 대한 영구적 처분 해법을 아직 확보하지 못하고 있으며, 차세대 소형모듈원자로의 등장으로 폐기물의 화학적이고 물리적 특성 다양화가 진행되면서 기존의 저장과 운송, 처분 체계로는 대응이 어려운 새로운 과제가 대두되고 있다. 딜로이트의 2024년 전력과 유틸리티 산업 설문조사에서도 응답자들은 첨단 원자력 기술 도입의 가장 큰 장애 요인으로 폐기물 관리 및 처분 문제와 높은 초기 자본비용을 동시에 지목하였다. 핵연료 공급 의존성 문제도 심각하다. 미국은 현재 농축우라늄 공급을 해외, 특히 러시아와 중국에 크게 의존하고 있으며, 이는 에너지 안보와 차세대 원자로 개발 경쟁력에 중대한 제약 요인으로 작용하고 있다.

한미 원자력 동맹, 글로벌 시장 주도권 확보의 열쇠

한국과 미국의 원자력 협력은 단순한 산업 협력을 넘어 글로벌 에너지 안보와 탈탄소화 목표 달성을 위한 전략적 동맹으로 부상하고 있다. 한국은 APR1400 기술의 상용화와 UAE 바라카 프로젝트의 성공적 수행 경험을 통해 설계와 시공, 품질관리 역량을 국제적으로 입증하였다. 미국은 원전 기술의 원류이자 국제 규제와 금융, 거버넌스 체계의 주도국으로서 글로벌 신뢰 기반과 외교적 영향력을 보유하고 있다. 따라서 미국의 금융과 외교 네트워크와 한국의 EPC와 기자재 생산 역량이 결합될 경우, 양국은 단일 국가가 아닌 전략적 파트너십 모델로서 글로벌 원전 수주 경쟁력과 공급망 주도권을 동시에 강화할 수 있다.

한미 원자력 협력의 가장 현실적이면서 실행 가능한 협력 축은 EPC 프로젝트 수주와 주기기 등 핵심 기자재 공급이다. 한국은 다수의 해외 대형 플랜트 및 원전 EPC 프로젝트 수행 경험을 통해 기술력과 품질, 공정관리 역량을 국제적으로 입증하였으며, 예산 내와 기한 내 완공 역량을 갖춘 신뢰할 수 있는 동맹국 파트너로 평가받고 있다. 제3국 공동 진출도 양국 협력의 핵심 축으로 부상하고 있다. 동유럽인 폴란드와 체코, 루마니아, 동남아시아인 인도네시아와 베트남, 중동인 사우디아라비아와 UAE 후속사업 등은 에너지 수급 불안과 탄소감축 압력 속에서 원전 도입을 적극 검토하고 있는 지역이다.

FAQ (※ 이 FAQ는 본지가 리포트를 참고해 자체 작성한 내용입니다.)

Q1. 데이터센터가 원자력 발전을 필요로 하는 이유는 무엇인가요?

A: 데이터센터는 AI와 생성형 AI 서비스를 24시간 무중단으로 운영해야 하기 때문에 안정적인 전력 공급이 필수적입니다. 원자력은 날씨나 계절에 영향을 받지 않고 설비 이용률이 92.5% 이상으로 태양광이나 풍력보다 월등히 높아 데이터센터에 최적의 전력원으로 평가받고 있습니다.

Q2. 소형모듈원전(SMR)이란 무엇이며 왜 주목받고 있나요?

A: 소형모듈원전(SMR)은 기존 대형 원전보다 작은 규모로 제작되어 건설 기간과 비용을 줄일 수 있는 차세대 원자로입니다. 공장에서 모듈 형태로 제작되어 현장에서 조립하는 방식으로 건설 효율성이 높고, 데이터센터와 같은 중소 규모 전력 수요에도 유연하게 대응할 수 있어 미국 정부와 기업들이 적극 투자하고 있습니다.

Q3. 한국이 미국 원자력 시장에서 경쟁력을 가질 수 있는 이유는 무엇인가요?

A: 한국은 UAE 바라카 원전 프로젝트를 예산 내와 기한 내에 성공적으로 완공한 경험을 보유하고 있으며, APR1400 등 독자 기술을 확보하고 있습니다. 원자로 압력용기와 증기발생기 등 핵심 기자재 제작 기술과 품질 인증을 갖추고 있어 미국의 신규 원전 건설과 노후 원전 개보수 사업에서 경쟁 우위를 확보할 수 있습니다.

해당 기사에 인용된 리포트 원문은 딜로이트에서 확인 가능하다.

리포트 명: 데이터센터 확산과 원자력의 부상

이미지 출처: 딜로이트

해당 기사는 챗GPT와 클로드를 활용해 작성되었습니다.