[투자공부] 미국 전력망/변압기 시장 분석 - (1)
1. 개요
전기는 우리생활에 있어 필수불가결한 요소이며 전세계적으로 전력사용량은 꾸준히 증가할 것으로 전망되며 최근 전력 수요 급증이유는 크게 다음과 같이 나누어볼 수 있다.
- AI 관련
- 전기차 수요 증가
- 신재생에너지 발전 증가 (feat. 탈탄소화)
- 중동국가 및 신흥국의 전력수요 증가
- 기존 노후화된 인프라 교체 수요
- 기타
또한 2050 탄소중립을 위해 SMR을 비롯한 원전의 일정부분 역할도 강조되고 있다. 그러나 간과되고 있는 진짜 중요한 사실이 있다. 바로 ‘전력망’이다. 선후진국을 막론하고 모든 전력망은 일방적인 공급과 수동적인 수요를 전제로 조성되었고 그것도 미국을 비롯한 대부분의 선진국에서는 매우 노후 되었다.
2. 미국의 전력망 수요 증가 요소
(1) 그동안 미국은 생산/제조와 같은 밸류체인을 전부 외국에 보내고 고품질의 가치(R&D, 소프트웨어 개발)에 집중해왔으나 최근들어 생산/제조 시설에 대한 밸류체인들을 다시 미국으로 가져오려는 노력을 하고 있다.
- 바이 아메리카 정책
- 바이 아메리카(Buy America) 정책이란 도로, 다리, 철도, 항만 등을 신축 또는 개축할 때 미국에서 생산된 자재와 장비 사용을 의무화하는 취지의 법과 규정을 총체적으로 의미합니다. 이러한 정책은 중국 위주로 이루어진 자재 공급망의 많은 부분을 미국 내로 전환함으로써, 중국에 경제적인 타격을 주는 동시에 자국의 생산 역량을 강화하는 것을 목표로 하고 있습니다.
- 리쇼어링 정책
- 리쇼어링(Reshoring)이란 해외로 진출했던 기업이 다시 본국으로 돌아오는 것을 말한다. 인건비, 운송비 등 제조 비용을 줄이기 위해 해외로 생산기지를 옮겼던 기업들이 해당 국가에서도 비용 상승의 문제에 직면하면서 본국으로 돌아오기를 결정하는 것이다. 이는 특히 팬데믹 기간 글로벌 공급망이 혼란을 겪으며 가속화됐다. 현재 많은 미국 기업들이 경제적, 정치적인 이유로 다시 미국으로 돌아오고 있다.
(2) 또한 미국 바이든 대통령 정부에서는 2035년까지 발전원의 탄소 중립 및 2050년 탄소 중립 달성을 위해 다음의 조치를 취하였다.
- 2021년 11월 중순 초당적 「인프라 투자 및 일자리 법(Infrastructure Investment and Jobs Act(IIJA)」을 제정
- 미국 에너지부(DOE)는 2022년 1월 ‘더 나은 전력망 구축 이니셔티브(Building a Better Grid Initiative)’를 수립
(3) 이러한 정책들을 수행하는데 있어 많은 전기 수요가 늘어날 것이며 더불어 데이터센터 및 AI 기술 관련하여 막대한 전력 수요가 요구되어 진다.
(4) 또한 미국경우 지난 20년동안 전력수요가 크게 늘지 않았기에 설비투자도 그동안 잘 이루어지지 않았으며 갑작스럽게 수요가 급등하기 시작하였다. (참고)
3. 미국 전력망 현황
(1) 미국의 송‧배전망, 대부분 60~70년 이상 될 정도로 노후화되었다.
- 대부분의 송‧배전망은 1950년대와 1960년대에 건설되었으며 50년 정도 사용할 수 있을 것으로 예상되었으나 이러한 송전선 중 상당수는 수명을 훨씬 넘긴 상태이다.
- 송‧배전 인프라에 대한 허가는 분명한 투자 필요성에도 불구하고 오랜 시간이 걸리고 있는 실정이다.
(2) 미국, 2000년대 초반부터 전력망 현대화 추진 중이며 미국은 민간 전력회사와 중전기업체를 중심으로 스마트그리드 기술 개발과 실증단지 구축사업을 추진함에 있어 정부는 법적·재정적으로 지원하고 있다.
- 미국 바이든 대통령은 2035년까지 발전원의 탄소 중립 및 2050년 탄소 중립 달성을 위해 송‧배전망의 개선은 불가피하다는 인식하에 의회에 요청하여 2021년 11월 중순 초당적 「인프라 투자 및 일자리 법(Infrastructure Investment and Jobs Act(IIJA)」을 제정
- 전력망 업그레이드를 위해 총 130억달러 지원 예정
- 전력망 복원력 혁신 파트너십 프로그램(Grid Resilience Innovative Partnership Program: GRIP)’에는 총 105억달러 배정
- 송전 촉진 프로그램(Transmission Facilitation Program)’에는 25억달러 할당
- 신규 주(州)간 송전선 승인 및 신규 송전망 프로젝트 검토 추진 (출처)
- 미국의 전력산업, 발전에서 소매에 이르기까지 자유화
- 2022년 기준으로 전면 자유화된 곳은 13개 주와 워싱턴 DC이며 7개 주에서는 대규모 수요자를 대상으로 한 부분자유화가 시행되고 있다.
- 인플레이션 감축법(Inflation Reduction Act)을 통해 ‘에너지 안보 및 기후 변화’ 부문에 에너지 구조 다각화를 위한 3,690억 달러(약 480조 원) 투자 계획
4. 미국 전력망 현대화의 어려운 점
사실 미국 경우 2000년대 초반부터 전력망 현대화를 추진하였다.
- 2003년에 에너지부(Department of Energy)에서 「그리드(Grid) 2030」을 바탕으로 전력망 현대화를 위한 국가 비전을 제시
- 2007년에는 「에너지 독립 및 안전법(Energy Independence and Security Act(2007)」에 스마트그리드 관련 내용을 명시함으로써 에너지 안보와 공급 안정성을 강조
- 2009년부터 「미국 회복과 재투자에 관한 법률(The American Recovery and Reinvestment Act)」에 따라 45억달러를 스마트그리드에 투자하기로 하는 등 정부의 전폭적인 지원 하에 스마트그리드를 추진
그러나 현대화에 있어 여러 난관이 존재하며 이유는 다음과 같다.
첫째, 분권화된 전력망 (참고)
- 미국 경우 각 State(주)가 하나의 국가의 역할을 하며 전력망 역시 분권화된 구조를 지닌다.
- 협력 및 조율의 어려움: 각 State별로 이해관계와 우선순위가 다르다.
- State(주)별 규제 차이: 법적인 규제가 State별로 제각각이기에 승인 절차가 복잡하다.
- 대표사례로는 Carninal-Hockory Creek 프로젝트 지연 (아이오와에서 위스콘신으로 이어지는 102마일의 송전선로 건설 지연)
- 미네소타, 아이오와, 노스다코타 및 위스콘신에 위치한 127개의 재생에너지 발전 프로젝트가 이 단일 송전선로의 건설과 운영에 의존
- 승인 시점은 2011년이나 송전로 주변 주민 및 환경단체 소송으로 인한 지연
둘째, 다원화된 발전원
(1) 전기의 특성상 대규모롤 저장되는 것은 어렵기 때문에 생산되는 즉시 소비가 이루어져야 한다.
- 전력망의 안정성을 유지하려면 실시간으로 생산과 수요를 조절하기 위해 스마트 그리드 기술, 예측 모델, 수요 반응 프로그램 등이 사용된다.
(2) 만약 발전원이 태양광, 풍력등의 경우 에너지 생산에 대한 변동성이 존재하며 불확실성의 특성을 지닌다.
- 미국 경우 최근들어 친환경 에너지 점유율을 점차 증가시키는 추세이다.
- 시간이 지날수록 석탄 ↓ 풍력, 태양광 ↑
(3) 기존 발전원은 에너지 생산에 대한 예측할 수 있는 전력구조에 맞추어져 있다. 그러나, 불확실성을 지닌 신재생 에너지 발전원의 증가에 따라 망 운영과정은 복잡해지게 된다.
(4) 재생에너지 특성상 발전원이 대부분 저렴한 토지(황무지)를 매입하였기에 도심으로 부터 거리가 있으며 소비자 쪽으로 송전하기 위해서는 기존에 없던 새로운 전력망을 연결해야할 필요가 생긴다.
이러한 수요와 공급을 일치시키기 위해 국가적으로 많은 노력을 쏟고 있다. 또한, 미국재생에너지협의회(ACORE) 전력망을 현대화함으로써 얻어지는 가치에 대해서 다음과 같이 서술하였다.
- The U.S could reduce emissions by 1 billion tons annually by 2030 if transmission expansion is more than doubled. (10억톤 탄소배출 감소)
- The U.S. would save more than $40 billion a year by building a nationally connected high-voltage transmission network.(400억달러/년 비용절감)
- ERCOT and the Southeast could have saved nearly $1 billion for each additional gigawatt of transmission ties. (망 개선을 했다면 10억달러 절약할 수 있었음)
5. 변압기 수요의 증가
전력망 현대화에 따라 변압기 수요도 폭증하고 있다.
NREL, 변압기 쇼티지 보고서 (링크)에 따르면,
- 기존 변압기 재고의 상당 부분이 노후화되어 교체가 필요함을 지적하였다.
- 미국의 배전 변압기 수요는 공급과 수요 간의 큰 불균형을 겪고 있으며, 리드 타임이 최대 2년까지 연장되고 가격이 크게 상승하고 있다. (4~ 9배)
- 이러한 리드타임의 증가는 변압기 산업은 노동집약적인 특성을 지니기 때문이다. (i.e 숙련된 노동자 공급의 어려움)
변압기 시장에 대한 내용을 정리하면 다음과 같다.
(1) 현재 미 전역의 전력망을 이루고 있는 송전선과 변압기들 경우 25년이 넘는것이 70% 이상, 미국 발전소의 평균 연식들도 34년으로 매우 노후화가 되어져 있다.
(2) 현재 미국에서는 송전선과 교체수요가 많아지고 있고 노후발전소를 폐쇄하고 신재생 에너지 발전원으로 교체하려는 수요도 많아지고 있는 상황이다. (AI 기술에 대한 수요가 여기에 기름을 부음)
(3) 전력에너지를 전송하는데 있어 전력 손실을 줄여주는 역할을 한다. 소비자로 전력을 온전히 전달하기 위해서는 전력 손실을 최소화해야 한다.
(4) 전력 손실을 최소화하기 위해서는 전선의 저항을 낮추어야 하는데, 저항을 줄이는 방법으로는 (a) 굵은 전선을 사용 (b) 전압을 높게 만들어 송전 하는 방법이 있다.
(5) 굵은 전선을 이용하게 되어지는 경우 구리 사용량이 증가 → 전선의 무게가 증가하기에 송전탑 사이간 거리가 촘촘해지며 이는 비용 상승을 유발한다.
(6) 반면, 전기를 보낼때 전압을 높임으로써 전력손실을 줄일 수 있다.
- 전선의 저항으로 인한 전력 손실 P_loss= I^2 * R 로 정의된다. ⇒ 여기서 저항은 고정값이므로 도선에 흐르는 전류를 낮추는 것이 중요하다.
이해를 돕기 위해 간단한 예시를 들면 다음과 같다.
가정용 집으로 전송해야 할 전력이 1000W라고 가정하자.
(a) 여기서 전력(P) = 전류(I)^2* 저항(R) = V(전압) * I(전류)로 정의되어지며 상수값이다.
(b) 전압이 100V일 때, 필요한 전류는 I = P / V = 1000W / 100V = 10A이다.
(c) 전압을 1000V로 높이면, 필요한 전류는 I = P / V = 1000W / 1000V = 1A이다.
즉, 전압을 10배 up → 전류는 10배 down → 전력손실 down 의 기대효과를 지닌다.
(7) 변압기는 송전시 전압을 올려주고(전력손실 최소화) 배전시 전압을 낮추는 역할(가정용 전력용량에 맞추기)을 한다.
그렇기에 전력망 수요가 늘어나면 변압기 수요 역시 늘어나는 상관관계를 지닌다.
1부 끝.
2부에서는 아래와 같은 내용을 다룰 것이다.
- 변압기 기술에 대한 이해
- 미국 변압기 공급망
- 관련주
Reference
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