미국에서 1950~2008년 사이 설치된 변압기의 약 85%가 이미 교체 수명을 넘겼다. 여기에 재생에너지 전환과 데이터센터발 신규 수요가 겹치면서, 전력망 투자는 경기를 타는 사이클이 아니라 구조적 성장 국면으로 성격이 바뀌고 있다.
[스페셜] 전력망 슈퍼사이클 점검
경기 확장기에 전력 사용량이 증가하면 이에 대응하기 위한 전력기기 및 관련 생산설비투자가 확대되지만, 실제 공급 능력이 확보되는 시점에는 이미 수요가 둔화되거나 과도한 증설로 공급 과잉이 발생하는 경우가 많았다. 이로 인해 준공된 설비의 가동률이 하락하고 수익성이 저하되면서 기업 실적이 둔화되는 흐름이 나타났다. 이 같은 수요 확대 → 설비 증설 → 공급 과잉 → 가동률 하락 패턴이 과거 전력기기 산업의 사이클을 형성해 왔다.
수요는 구조적, 공급은 제한적
하지만 이번 전력망 사이클은 진폭과 지속 기간 측면에서 과거와 차이가 있다. 수요 측면에서는 전력 수요의 확대, 재생에너지로의 전환, 설비 노후화가 맞물리며 전력망 투자 필요성이 그 어느 때보다 뚜렷해지고 있다. 공급 측면에서는 기업들이 과거 다운사이클에서 겪었던 가동률 하락과 수익성 악화를 의식해 증설에 신중한 태도를 보이고 있다. 종합하면 수요는 구조적으로 확대되는 반면 공급 증가는 제한적이다. 이번 전력망 사이클은 단발적 성격에서 벗어나 지속성 있는 업사이클로 고착화될 전망이다.
노후화된 전력망은 안정적인 전력 공급을 위해 교체와 보강이 불가피하며, 재생에너지 확대는 분산형 발전원(태양광·풍력처럼 소규모로 여러 지역에 흩어져 설치되는 발전설비)을 기존 계통에 연결하기 위한 송배전망 투자를 요구한다. 여기에 더해 데이터센터, 전기차, 전동화 확산 등으로 신규 전력 수요가 빠르게 증가하면서 전력망 확충 필요성은 지속적으로 확대되고 있다.
노후 설비 비중이 높아질수록 유지보수 비용이 늘고, 사고 발생 시 복구 비용과 정전으로 인한 경제적 손실도 커진다. 일정 수준 이상 노후화가 진행되면 설비를 교체하는 것이 중장기적으로 경제적이다.
과거 대규모로 구축된 전력망 설비가 설계 수명에 도달하면서 교체 수요가 본격화될 것으로 전망한다. 미국을 비롯한 주요국 전력망은 1960~1980년대 산업화 시기에 집중적으로 구축됐다. 변압기와 개폐기 등 주요 변전 설비의 설계 수명이 통상 30~40년 수준임을 고려하면, 당시 설치된 설비들은 이미 교체 주기에 진입한 상황이다.
미국 변압기 85%, 이미 수명 넘겼다
미국의 경우 1950~2008년 사이 설치된 변압기 중 약 85%가 교체 수명을 경과한 것으로 추정된다. 특히 100메가볼트암페어(MVA)를 초과하는 대형 변압기 중 약 2만 대는 설치 후 30년을 초과했다.
2010년 이전 소요된 투자비용이 연간 30억 달러임을 고려하면 2010년대 대비 투자 규모는 이전 대비 3배 이상으로 확대돼야 한다. 더불어 브래틀그룹의 추정은 설비들이 최소 50년 이상 사용된 이후 교체된다는 가정에 기반하는 만큼, 실제로는 전력망 현대화가 병행되면서 교체 주기가 더 가속화될 가능성이 높다.
미국 외 지역의 상황도 유사하다. 선진국을 중심으로 과거 대규모로 구축된 전력망 설비의 노후화가 진행되면서 교체 수요가 확대되고 있다. 국제에너지기구(IEA)에 따르면 2023년 기준 일본, 미국, 유럽 등 주요 선진국은 전체 송전망의 상당 부분이 설치 후 20년을 초과한 것으로 파악된다. 유럽은 재생에너지 확대에 따라 분산형 전원을 계통에 연결하기 위한 송배전망 보강 수요가 크고, 일본은 전력 수요처가 지역별로 분산돼 있어 노후 설비 교체 시 송전망 재정비 수요가 동반될 가능성이 높다.
더불어 노후 설비 교체는 동일 용량 교체를 넘어 고전압 투자를 수반한다. 전력 수요 확대와 계통 구조 변화가 맞물리면서, 과거 지역 내 수요를 기준으로 설계된 송전망은 장거리 및 대용량 전력을 송전하는 데 한계에 달하고 있다. 이 과정에서 유틸리티사들은 송전 효율을 높이기 위해 기존 송전망을 더 높은 전압 체계로 전환하고 있다.
미국의 경우 노후 설비 교체 시 기존 69킬로볼트(kV) 또는 115kV 선로를 138kV 이상의 설비로 교체하고 있다. 한국 역시 1980년대 이후 154kV와 345kV 송전망을 확충하는 과정에서 기존 22~66kV급 노후 송전망을 점진적으로 대체하고 있다.
고전압 중심의 전환은 전력기기 기업들의 평균판매단가(ASP) 상승과 믹스 개선에 긍정적으로 작용할 전망이다. 전압 등급이 높아질수록 전력기기는 더 높은 절연 성능과 차단 성능을 충족해야 하며, 설계·제작·시험 공정의 난이도가 상승한다.
특히 고전압 변압기와 차단기, 가스절연개폐장치(GIS) 등은 고객별 계통 조건에 맞춘 주문형 제품 성격이 강해 표준 저압·중압 제품 대비 가격 결정력이 높다. 노후 설비 교체가 고전압 설비투자로 이어질수록 전력기기 기업들은 고부가 제품 비중 확대를 통해 제품 믹스 개선과 ASP 상승이 나타날 것으로 분석한다.
전력망 투자가 필요한 두 번째 이유는 재생에너지의 확대다. 재생에너지는 환경에 따라 발전량이 결정되는 발전원으로 일사량, 풍속 및 부지 여건 등 입지 조건으로 인해 발전설비가 상대적으로 외곽 지역에 집중된다. 이에 반해 전력 수요처는 산업과 인구가 밀집된 도심 및 산업단지에 집중되는 특성을 보인다.
따라서 전력의 생산지로부터 수요처까지 안정적으로 전력을 공급하기 위해서는 장거리 송전망과 변전 인프라 확충이 필수적이다. 탄소중립 기조로 재생에너지 설치량이 확대됨에 따라 이를 계통에 연결하기 위한 전력망 투자도 지속적인 성장세를 보일 것으로 전망한다.
발전과 수요처 간 미스매치에 따른 전력망 병목은 시간이 지날수록 심화되고 있다. 미국 전력망 운영사들에 따르면 미국은 매년 평균적으로 약 550기가와트(GW)의 신규 계통 연결 신청이 접수되고 있는 반면 실제로 전력망까지 연결되는 발전원의 규모는 약 50GW에 불과하다. 신청량이 연결량의 약 10배 규모로 시간이 경과될수록 계통 연결 수요가 누적되는 구조다.
계통 연결에 소요되는 기간도 계속해서 증가하는 추세다. 2010년에는 계통 연결까지 2~3년이 소요됐지만 최근 프로젝트의 타깃 연결 시점은 신청일로부터 5~6년 후를 목표로 하고 있다. 2026년 5월 기준 미국에서 계통연계를 대기 중인 물량은 약 1543GW에 달하며, 현재 연결 속도로는 대기물량만 연결하는 데도 최소 30년이 필요하다.
6년 새 5992TWh…속도가 더 무섭다
신규로 증가하는 전력 수요에서 발생하는 수요도 간과할 수 없다. 블룸버그NEF에 따르면 글로벌 전력 수요는 데이터센터, 전기차, 산업용 수요 확대에 힘입어 2024년 2만9909테라와트시(TWh: 1TWh는 10억kWh)에서 연평균 3.1% 성장해 2030년 3만5901TWh를 기록할 전망이다. 향후 6년간 추가로 요구되는 전력은 약 5992TWh에 달하는 규모로, 단순한 수요 증가를 넘어 전력 시스템 전반의 증설을 수반할 것으로 분석한다.
이 과정에서 장거리 전력 운송을 위한 전선 및 송전설비, 전압을 조정해 전력 손실을 최소화하는 변압기, 전력 흐름을 제어하고 사고 전류를 차단하는 차단기, 최종 수요처로 전력을 배분하는 배전설비 등 다양한 전력기기가 요구된다.
전력통계를 살펴보면 전력 수요와 전력설비투자 간 선형적 관계가 확인된다. 한국의 경우 1961~2024년 기간 전력 수요가 1TWh 증가할 때마다 변압기 용량은 평균적으로 0.89GVA 증가했다. 변압기 용량의 연간 성장률은 전력 수요 성장률이 높았던 구간에서 함께 성장했으며, 반대로 전력 수요가 둔화된 구간에서는 변압기 용량 증가율 역시 완만해지는 흐름을 보였다. 향후 전력 수요가 재차 성장 국면에 진입할 것으로 예상되는 만큼, 전력설비 역시 중장기적인 증설 사이클에 진입할 것으로 분석한다.
또한 최근의 전력원은 고부가 전력기기 수요 확대로 이어질 가능성이 높다. 과거 전력 수요 성장이 주거 및 상업용 중심이었다면, 최근 수요는 데이터센터, 반도체 팹, 2차전지 공장 등 산업용 수요가 견인하고 있다. 산업용 수요는 설비 가동 중단 시 생산 차질과 비용 손실이 크게 발생하는 특성상 전력 품질과 공급 안정성이 중요하다.
단순히 전력 공급 용량을 늘리는 것만으로는 충분하지 않으며, 전압 변동을 최소화하고 사고 시 전류를 신속히 차단하며, 계통 이상 발생 시에도 설비 피해를 제한할 수 있는 고신뢰도 전력 인프라가 요구된다. 이 과정에서 초고압 변압기, GIS, 차단기, 보호계전 설비(고장을 감지해 차단기를 동작시키는 계통 보호장치), 고압 케이블 등 고사양 전력기기의 채택 필요성은 점차 확대되고 있다.
한 예로, 데이터센터는 서버와 전력변환장치가 대규모로 사용되기 때문에 전류 파형이 정현파(매끄러운 물결 모양의 표준 교류 파형) 형태를 보이는 선형 부하와 달리, 고조파(기본 주파수의 정수배로 발생하는 왜곡 전류. 파형을 일그러뜨려 발열·손실을 유발한다)가 동반되는 비선형 부하 비중이 높다. 이를 일반 변압기로 대응할 경우 고조파 전류에 따른 추가 발열, 손실 증가, 절연 열화 및 수명 저하 리스크가 발생할 수 있다.
실제로 버지니아 지역의 한 하이퍼스케일러는 데이터센터에 K-0 변압기를 적용 후 12개월 내 중성선과 권선에서 과열 문제가 발생했다. 이후 K-13 변압기로 교체하는 과정에서 장비 비용만 약 18만 달러가 소요되고 계획 정전까지 동반된 사례가 있다. 향후 전력 수요 증가의 중심이 데이터센터와 첨단 제조업 등 고신뢰도 산업용 부하인 만큼, 고부가 전력기기 채택 확대에 따라 전력기기 전반에 제품 믹스 개선과 ASP 상승이 나타날 것으로 전망한다.
이는 당시 전원 믹스(발전설비의 에너지원 구성)가 석탄, 천연가스, 원자력 등 설비 이용률이 높은 발전원 중심으로 구성돼 있었기 때문이다. 기저 발전원은 설비 이용률이 높아 동일한 전력량(MWh)을 생산하는 데 필요한 설비용량(MW)이 상대적으로 작다. 이에 따라 전력 수요 증가와 변압기 용량 증가 간의 관계도 비교적 선형적으로 나타났다.
재생에너지가 변압기를 더 요구하는 이유
반면 태양광과 풍력은 설비 이용률이 낮아 동일한 전력량(MWh)을 생산하기 위해 더 큰 설비용량(MW)을 요구한다. 태양광의 경우 설비 이용률은 30% 수준으로 같은 전력량을 생산하기 위해 기저 발전원 대비 3~4배 수준의 설비용량이 필요하다. 변압기 용량은 연간 전력량보다 계통에 연결되는 최대 출력에 의해 결정되기 때문에, 재생에너지 확대는 동일 전력량 대비 필요한 변압기 용량(Q) 증가에 기여할 전망이다.
또한 허가 절차, 입지 규제, 주민 수용성 이슈 등으로 인해 설비투자 필요성이 확인되더라도 실제 집행까지 지연되는 경우가 빈번하다. 실질적인 전력망 투자 흐름을 판단하기 위해서는 수요, 공급과 함께 투자를 촉진하거나 병목을 완화할 수 있는 정부 정책과 규제 환경의 변화를 함께 살펴봐야 한다.
글로벌 전력망 투자의 중심인 미국은 전력망 투자 확대를 위해 대규모 자금 투자와 규제 완화를 동시에 추진하고 있다. 자금 투자 측면에서는 2021년 11월 15일 시행된 '인프라 투자 및 일자리법'(IIJA)를 통해 전력망 투자의 재정적 기반을 마련했다. IIJA는 총 1.2조 달러 규모의 초당적 인프라 법안으로 이 중 약 650억 달러가 전력 인프라 및 전력망 현대화 부문에 배정됐다. 이 예산은 송전망 확충, 전력망 복원력 강화, 스마트그리드 도입, 청정에너지 계통연계, 사이버보안 및 에너지 안보 강화 등 전력 시스템 전반의 현대화를 목표로 한다.
이 가운데 전력망 투자와 직접적으로 연결되는 재원은 약 130억 달러다. 미국 에너지부(DOE)는 이를 바탕으로 2022년 1월 12일 'Building a Better Grid Initiative(BBGI)'를 출범시켰다. 이 이니셔티브는 IIJA에 포함된 예산과 정책 권한을 실제 전력망 프로젝트로 연결하기 위한 상위 정책 프레임워크다. 신규 고전압 송전망 구축, 지역 간 전력망 연계 강화, 노후 전력망 현대화, 재생에너지 계통 연결 확대를 주요 과제로 설정했으며 에너지부 산하에 전력망 구축 사무국을 신설해 정책 실행 조직도 강화했다.
BBGI는 전력망 복원력·혁신 파트너십(GRIP)과 송전망 촉진 프로그램(TFP)을 활용해 예산을 집행하고 있다. 먼저 GRIP는 전력망의 복원력 강화와 혁신 기술 도입을 지원하는 보조금 프로그램으로, 총 130억 달러 예산 중 105억 달러가 배정됐다. 주요 지원 대상은 노후 송배전 설비 교체, 산불·허리케인 등 기후 재난 대응, 스마트그리드 기술 도입, 배터리 및 분산형 전원 연계, 마이크로그리드 구축 등이다.
TFP는 25억 달러 규모의 송전망 금융 지원 프로그램이다. 프로그램은 에너지부가 신규 송전선 용량의 일부를 선제적으로 구매해 초기 핵심 수요자 역할을 수행하고, 이후 민간 수요가 확보되면 해당 권리를 재매각해 회수 자금을 신규 프로젝트에 재투입하는 방식으로 운영된다.
GRIP가 보조금 형태로 전력망 현대화와 복원력 강화를 지원한다면, TFP는 대규모 송전 프로젝트의 초기 사업성 리스크를 낮추는 역할을 한다. 에너지부 재원을 활용해 장거리 송전망 투자를 유도함으로써 전력 생산지와 수요 지역 간 미스매치를 빠르게 완화할 것으로 기대된다.
규제 측면에서도 미국은 계통 연결 지연과 송전망 투자 부족 문제를 완화하기 위한 제도 개편을 병행하고 있다. 대표적으로 연방에너지규제위원회(FERC)는 2023년 7월 기존 계통 연결 절차를 전면 개편했다. 기존에는 발전 프로젝트별로 순차적으로 계통 접속을 검토하는 방식이었으나, 재생에너지 증설로 계통 대기열이 급증하면서 접속 지연 문제가 심화됐다.
이에 따라 FERC는 개별 프로젝트 검토 방식에서 벗어나 발전소들을 클러스터 단위로 묶어 동시에 심사하는 방식으로 절차를 변경했다. 더불어 실제 사업 준비가 완료된 프로젝트를 우선 연결하도록 규정을 강화하며 투기성 프로젝트로 인한 병목 현상을 완화했다.
미국 에너지부는 2024년 부처 간 송전 인허가 통합 조정 프로그램(CITAP)을 도입하며 송전망 인허가 절차도 단축했다. CITAP는 에너지부가 연방기관 간 인허가 절차를 총괄 조정하는 제도로, 대규모 송전 프로젝트에 대해 단일 환경영향평가 체계를 적용하고 연방기관 간 심사를 병렬적으로 진행할 수 있도록 설계됐다.
기존에는 프로젝트별로 환경 검토와 인허가 절차가 순차적으로 진행돼 송전망 건설에 수년 이상의 시간이 소요되는 경우가 빈번했으나 에너지부를 중심으로 심사 일정이 개편됨에 따라 허가 지연이 단축될 것으로 예상한다.
또한 주목할 점은 전망치가 해를 거듭할수록 빠르게 상향되고 있다는 점이다. S&P 글로벌은 주기적으로 미국 유틸리티사들의 설비투자 전망치를 제시하고 있는데, 최근 2년간 전망치가 큰 폭으로 높아졌다. 기존 자료에서는 2029년 투자 필요액을 1530억 달러로 전망했으나, 가장 최근 발표된 2026년 5월 자료에서는 이 수치가 2810억 달러까지 상향됐다.
전망의 방향성도 변화하고 있다. 과거에는 투자 규모가 가파르게 증가한 이후 점진적으로 피크아웃할 것으로 예상했으나 최근 전망에서는 높은 수준의 설비투자가 장기간 유지되는 흐름을 제시하고 있다. 앞서 전망치가 계속해서 상향 조정된 점을 고려하면 해당 전망치 역시 추가 상향될 가능성이 유력하다.
S&P 글로벌 자료에 따르면 2029년 송전 및 배전 투자는 각각 32.1%와 22.3%로, 합산 기준 전체 설비투자의 54.3%를 차지할 것으로 예상된다. 미국 내 민자발전사(IPP)들의 발전 사업이 지속적으로 확대되고 있다는 점을 감안하면, 향후 유틸리티사들의 투자는 자체 발전설비 증설보다 전력망과 계통을 중심으로 가속화될 가능성이 높다.
김태형 미래에셋증권 리서치센터 애널리스트
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