[신재생에너지 인프라] 글로벌 전력망 인프라 시장 분석 (노후화된 미국 송배전 전력망 인프라)

 

 

<관련 포스팅>

글로벌 변압기 시장 분석 (변압기 공급 부족과 미국발 슈퍼사이클의 도래)

전력망, 송배전망, 변압기 관련주 분석 - 1 (현대일렉트릭, 효성중공업, 일진전기)

전력망, 송배전망, 변압기 관련주 분석 - 2 (LS일렉트릭, 제룡전기)

전기 먹는 하마 AI 데이터센터, 그리고 구리 가격 상승 - 변압기, 전력기기, 전선 기업 슈퍼사이클 도래

 

 

 

1. 글로벌 전력망 인프라 투자 수요 증가

 

탄소중립 선언과 함께 전세계적으로 태양광, 풍력, 수소에너지 등 친환경 재생에너지 발전이 크게 늘어났고, ▲전기차 보급률 증가, ▲대규모 데이터 센터 건설, ▲건물 자가 발전 증가, 기후변화 및 신흥국과 개도국의 경제 발전에 따른 ▲냉난방 수요 증가 등으로 전세계 전력수요가 가파르게 상승할 것으로 전망되고 있습니다.  

 

전세계 전력수요 상승에 따른
글로벌 전력망 인프라 투자 규모 증가

 

 
글로벌 전력 수요는 2021년 24,700TWh에서 2030년엔 30,621TWh (24% ↑), 2050년엔 43,672TWh (77% ↑)를 기록할 것으로 보고 있습니다.
 
 

글로벌 전력수요 전망과 부문별 전력 수요 증가 전망 (출처 : 전기저널)

 

 

또한 러시아, 우크라이나 전쟁과 글로벌 자원 개발 경쟁으로 유럽이 에너지 위기를 겪게 되자 에너지 주권의 중요성이 더더욱 부각되었습니다.
따라서 미국, 유럽 등의 선진국들은 전력 산업 밸류체인 경쟁력 확보 위해 신재생에너지 발전과 인프라에 막대한 투자를 하고 있습니다.

최근에는 전력망 인프라 투자비가 확대되어, 2020년 연간 2,350억 달러(327조원)에서 2050년 연간 6,360억 달러(886조원)로 늘어날 것으로 보고 있으며 전력망 투자 비중이 전체의 35%에 달할 것으로 전망하고 있습니다.

특히 기존 중앙집중형의 화력 발전과 달리 신재생에너지는 분산형 발전 형태이며 시간대별 출력 변동이 잦다는 특성이 있어 새로운 송배전망 투자 및 ESS 비중이 늘어나고 있습니다.
 
 

 

탄소중립 달성을 위한 부문별 글로벌 투자액 및 비중 (출처 : 신한금융투자)

 

 

 
지금까지는 전력산업 밸류체인의 첫 단계인 친환경 에너지원 개발과 전력 생산에 집중했었습니다.
기존 전통적인 에너지원인 석유, 천연가스 등은 일부 국가에 종속되어 지정학적 리스크를 안고 있었기 때문입니다.
따라서 유럽, 미국을 비롯한 주요 선진국들은 에너지의 안정적인 공급 확보를 위해 태양광과 풍력, 수소 등 자급 가능한 신재생에너지로의 전환을 가속화 했습니다.

 

 

가파르게 증가하고 있는 미국 신재생에너지 연간 수요 및 누적 설치 추이와 전망 (출처 : 신한금융투자)

 
 

2021년 유럽의 에너지 발전원별 비중 (출처 : 신한금융투자)

 

 

 
미국은 인플레이션 감축법(IRA) 법안을 통해 신재생에너지 생산 설비 등을 미국내에서 생산, 공급하여 안정적인 공급망 확보와 관련 제조 기술 역량 확보를 꾀하고 있으며,
유럽의 경우 REPowerEU 계획안을 통해 신재생에너지 비중 목표를 기존 40%에서 45%로 상향하는 동시에 에너지의 러시아 의존도를 줄이려고 하고 있습니다.
또한 중국은 에너지전환 가이드라인을 통해  재생 전력시스템 개발, 대규모 ESS 시스템 구축 등 10가지의 제도적 가이드라인을 제시하여 전국 규모의 17개 주요 산업에 적용하고자 하고 있습니다. 

 

 

미국 정책 케이스별 신재생에너지 발전량 비중 추이 및 향후 전망 (출처 : 신한투자증권)

 

 노후화된 전력망 교체와
신재생에너지 특성에 맞는
전력망 구축 필요

 

 
이렇듯 에너지원이 다변화되고 발전량이 많아지면서, 발전소에서 만들어진 전기를 안정적이고 효율적으로 송배전할 수 있는 전력망이 더 많이 필요해졌습니다.

특히 태양광, 풍력, 수소 등 신재생에너지들은 발전소가 각 에너지원의 특성에 맞게 다양한 특정 지역에 소규모 분산되어 설치되기 때문에 기존의 송배전망이 커버할 수 없는 지역이 생기고, 지역별 병목현상이 발생해 과부하가 걸리는 경우가 생겼습니다.

또한 신재생에너지는 기후별, 시간대별 출력 변동 이 심해, 이로 인한 주파수 교란 특성이 있어 안정적이고 유연하고 탄력적인 전력망 인프라가 필요합니다.

여기에 ESS 시스템은 신재생에너지의 발전용량과 전력수요 변화에 따라 안정적으로 에너지를 저장, 공급하는데 사용할 수 있으며, 송배전망과 연계되어 변동성이 높은 신재생에너지의 특성을 안정화하고 신뢰도를 높이는데 중요한 역할을 하게 됩니다. 
 

 

태양광 및 풍력 발전의 시간별 발전량 비교 (출처 : 신한금융투자)

 
 

2021년 기상 상황에 따른 시간대별 국내 태양광 발전량과 전력 수요 변동성 비교 (출처 : 이투뉴스)

 

 
미국의 경우 전력망 자체가 1950년~1970년에 설치되어 노후화된 곳이 전체 전력망의 70%를 차지한다는 문제도 있고, 최근 기후변화로 인해 발생하는 대규모 자연재해 (허리케인, 눈보라, 화재)로 복구가 필요한 전력망이 많아지고 있습니다.
실제 미국 내 정전 건수와 시간 및 그 규모는 갈수록 증가하고 있는 추세입니다. 

 

 

규모가 증가하고 있는 미국의 정전 건수 및 정전 시간 추이 (출처 : 신한금융투자)

 

 
이미 글로벌 전력 유틸리티 기업들은 송배전망 관련 CAPEX 투자가 늘어나고 있으며, 그 중 가장 핵심이 되는 변압기와 전선 비용 및 수요가 증가하고 있습니다.
즉, ▲신재생에너지 분산 발전량 증가, ▲노후화 및 기후변화로 인한 기존 전력망 교체, 중동, 동남아 등 ▲새로운 전력망 수요 증가 등으로 글로벌 송배전 인프라와 ESS 투자는 지속 증가할 전망이며 이와 관련된 투자를 눈여겨 볼 때라고 생각합니다. 

 

 

글로벌 연간 전력망 투자 전망 및 송배전망 투자 비중 전망 추이 (출처 : 전기저널)

 
 
 
 

2. 노후화된 미국 송배전 인프라와 대규모 정전

 

유럽 및 미국 등의 선진국들은 전력망 인프라가 일찍부터 깔렸기 때문에 현재 노후화가 많이 진행된 상황입니다.
특히 미국의 송배전망은 1970년~1980년대에 대부분 구축되어 제품의 수명인 70년을 넘긴 그리드 규모는 약 30%, 25년 이상 노후화된 그리드 규모는 전체의 70%에 달할 정도로 심각한 상황입니다.
더욱이 최근 허리케인, 화재, 눈보라 등 자연재해와 이상기후가 급증하면서 전력망 복구비용 또한 증가하고 있습니다.
이런 전력망 노후화와 기상 이변 등의 이슈는 대규모 정전으로 이어지고 있으며, 그 규모와 빈도가 점차 증가하여 전력 인프라에 대한 신뢰도가 큰 이슈로 떠오르고 있습니다. 

 

 

미국 최대 그리드 회사 AEP의 제품 수명(70년)을 넘긴 그리드 규모와 교체가 필요한 자산의 비중 (출처 : 신한금융투자)

 
 

미국의 연간 설치된 대형변압기 추이 (출처 : SK증권)

 

 

 이러한 50년 이상의 노후화된 미국 전력망의 25%에 해당하는 8만 마일을 교체하고 현대화하는데에만 20년간 매년 100억 달러씩 투자가 필요한 상황입니다.
이런 노후화 문제를 해결하기 위해 미국 정부는 BBG(Building Better Grid) 이니셔티브를 통해 2030년까지 현재 규모의 60%, 2050년까지 현재 규모의 3배에 달하는 송배전망을 확장할 계획을 발표했습니다.
정부 뿐만 아니라 미국의 유틸리티 기업들 또한 발전소 투자보다 송배전과 관련된 전력망 투자 규모가 점차 증가하고 있는 추세입니다. 

 

 

증가하고 있는 미국의 유틸리티 기업 송배전망 CAPEX 비중 추이 (출처 : SK증권)

 

 

 

3. 발전원과 송배전망의 미스매치

 

송배전망의 인프라 투자 증가 요인은 노후화 뿐만 아니라 분산 발전 형태의 신재생에너지 확대에 따른 발전원-송배전망 간 미스매치가 있습니다.

기존 화력 발전이나 수력 발전의 경우 중앙발전 형태로 대규모 발전소가 구축되어 대규모 전력 생산을 하고, 그에 적합한 계통 연계망이 깔려있는 상황입니다.

그러나 태양광, 풍력 등의 친환경에너지는 각 에너지원 특성별 지리적으로 적합한 위치에 설치되어야 하며, 단위 면적당 발전량이 화석발전대비 매우 낮습니다.

따라서 신재생에너지 발전은 기존 화력 발전소 대비 5배나 많은 발전소가 각 지역에 분산되어 설치되어집니다.
이렇게 전 지역에 산발적으로 설치된 소규모의 신재생에너지 발전소 위치와 기존 계통 연계망 위치가 달라 지역적 접속 용량 과부하가 발생하고 있으며, 이를 모두 연결하기 위해서는 대규모의 전력망 투자가 필요한 상황입니다. 

 

 

미국의 주요 인구 분포 지역과 기존 화석 발전, 수력 발전 및 풍력, 태양광 등 신재생에너지 자원 분포도 (출처 : NREL 2020)

 

 

위 그림을 보면, 미국 주요 인구 분포 지역 및 주요 신재생에너지 발전 자원 분포도간 불균형이 큰 것을 볼 수 있습니다.

미국 인구 분포 지역을 보면 주로 동부와 남서부쪽에 많이 몰려있는 것을 볼 수 있습니다.

기존 화석발전 자원의 경우 동부 및 중부에 분포하고 있고, 수력 발전 또한 동·서부에 주로 위치하여 주요 인구가 분포하는 지역 근처에서 대규모 발전을 통해 비교적 단거리 송배전이 가능했습니다.
그러나 풍력 자원의 경우 주로 중부지역에, 태양광 자원의 경우 주로 남부지역에 매우 광범위하게 퍼져서 분포되어 있는 것을 볼 수 있습니다.

따라서 중부, 남부 지역에 분산되어 있는 풍력, 태양광 발전 에너지를 잘 모아 주요 인구 밀집 지역까지 장거리 송배전을 해줄 수 있는 전력망 인프라가 깔려야 하는 상황입니다.

 

 

미주지역의 신재생에너지 발전 지역 분포 및 송배전망 설치 규모 전망 (출처 : SK증권)

 

 

증가하고 있는 북미 송전케이블 및 변압기 용량 (출처 : 하이투자증권)

 

 

이러한 발전원과 전력망의 지역적 미스매치 현상은 미국 뿐만 아니라 전세계적으로 공통된 이슈입니다.
우리나라 또한 기존 전력망은 경상도에서 수도권 방향으로 분포되어 설치되어 있으나, 최근 태양광과 풍력 에너지원들은 주로 호남 및 강원 지역에 분포되어 있는 것을 확인할 수 있습니다. 

 

 

국내 태양광, 풍력에너지 발전소 설치 분포와 기존 전력망 계통의 미스매치 (출처 : SK증권)

 

 

실제로 최근 재생에너지 발전량 증가에 따라 호남 및 강원 지역의 계통 접속 과부하로 인해 정전 및 단락이 발생하는 사건이 많아지고 있습니다.
이후 전력망 안정화가 이루어지지 못하면, 대규모 광역 정전이 발생할 수도 있다는 우려가 지속 제기되고 있는 상황입니다.
따라서 신재생에너지 특성에 맞게 송배전망 구축이 시급한 상황이며, ESS 시설을 늘려 전력부하를 조절하고 과생산되는 전력 저장 및 주파수 안정화 등이 필요합니다.