그리드를 넘어서: 글로벌 인프라

우리는 그리드를 다시 위대하게 만들 시대의 전환점에 서 있다고 믿는다.

현대 사회는 전기로 돌아가며, 전력망은 경제 전반에 걸쳐 전력을 공급하는 핵심 인프라다. 전기화가 가속화되면서 전력망의 중요성은 그 어느 때보다 높아지고 있으며, 기존 네트워크에 가해지는 압박도 계속 커지고 있다. 이 글에서는 오늘날 전력망 인프라가 직면한 과제들, 시간이 지남에 따라 이를 어떻게 해결할 수 있는지, 그리고 이 변화가 전개됨에 따라 가장 실행 가능한 아이디어가 어디에 있는지 자세히 살펴본다.

목차:

• 에너지 시스템의 근간

• 증가하는 전기 수요

• 노후화된 전력망 인프라

• 대규모 투자의 필요성

• 정부의 개입

• 실행 가능한 투자 아이디어

• 전력망에 대한 최종 견해

이번 주제 보고서를 위해 소형·중형주 및 광범위한 거시 주제에 집중하는 독립 리서치 그룹인 Aurelion Research와 협력했다. 전직 투자 펀드 애널리스트들로 구성된 이 팀은 해운과 에너지부터 성장 기술까지 가치가 있는 곳이라면 어디서든 발굴한다.

1. 에너지 시스템의 근간

오늘의 주제를 시작하기에 앞서, 전력망이 어떻게 구성되고 작동하는지에 대한 기본적인 이해가 필수적이다. 핵심적으로, 전력망은 발전과 최종 사용자를 연결하는 인프라다.

발전소가 전기를 생산하면, 그 전기는 고압 송전망을 통해 운반된다. 사용 지점에 가까워지면 그 전력은 저압 배전망을 통해 이동하며, 가정, 공장, 데이터센터, 그리고 경제의 나머지 부분에 전기를 공급한다.

원리는 단순하게 들리지만, 실제 시스템은 방대하고 매우 복잡하다. 전력망은 수백만 km의 전력선에 걸쳐 뻗어 있으며, 변전소, 변압기, 디지털 제어 시스템, 그리고 점점 더 많은 에너지 저장 장치에 의존하여 전력망 전체에 걸쳐 전력이 원활하게 흐를 수 있도록 한다.

이 모든 구성 요소들은 전기가 필요한 순간에 공급되고 더 넓은 시스템이 안정적이고 신뢰성 있게 유지될 수 있도록 실시간으로 함께 작동해야 한다.

전력망의 정확한 구조는 지리, 에너지 자원, 경제 발전 수준에 따라 국가마다 크게 다르다. 그럼에도 불구하고 대부분의 전력 시스템은 대체로 유사한 논리를 따르며 많은 동일한 과제에 직면해 있다. 그 과제들은 시스템의 양쪽에서 나타나고 있다.

한편으로는, 전기가 생산되는 방식의 변화가 전력망 전체의 전력 흐름을 재편하고 있다. 다른 한편으로는, 소비 패턴의 변화가 전력망 인프라에 새로운 수요를 만들어내고 있다. 가장 실행 가능한 아이디어가 어디서 나올 수 있는지를 이해하려면, 전력망이 앞으로 몇 년간 직면할 가능성이 높은 과제들을 이해하는 것이 중요하다고 생각한다.

1.1 전력망이 직면한 과제들

전력망은 더 넓은 전력 시스템이 변화하면서 더욱 까다로운 국면에 접어들고 있다. 공급은 더욱 분산되고 있으며, 소비는 증가하는 동시에 더욱 집약적이 되고 있다. 현재 구축된 네트워크의 상당 부분은 더 안정적인 수요와 더 예측 가능한 흐름을 갖춘, 관리하기 더 쉬웠던 환경을 위해 구축되었다.

그 배경이 빠르게 변화하고 있다. 새로운 발전원이 더 넓은 위치에 걸쳐 추가되고 있으며, 종종 원래 대규모로 처리하도록 구축된 네트워크 부분을 넘어선 곳에 위치한다. 동시에, 증가하는 전기 사용량은 더 많은 용량과 유연성이 필요한 지역에 더 무거운 요건을 만들어내고 있다. 그 결과, 전력망은 점점 더 큰 압박을 받고 있다.

이를 접근하는 유용한 방법은 과제를 두 부분으로 나누는 것이다.

하나는 발전 측의 변화에서 비롯된다. 다른 하나는 수요 측의 변화에서 비롯된다. 이 두 가지가 함께 전력망 운영이 어떻게 더 어려워지고 있는지, 그리고 투자 필요성이 왜 이토록 빠르게 증가하고 있는지를 설명해준다.

2. 증가하는 전기 수요

전력망에 대한 가장 명확한 압박 중 하나는 간단한 현실에서 비롯된다. 바로 전기 수요가 계속 상승하고 있다는 것이다.

아래 차트가 시작점으로 좋다. 글로벌 전력 사용량은 이미 막대한 수준이며, 수요 기반도 광범위하다. 산업이 가장 큰 최종 시장으로 남아 있고, 건물도 여전히 상당한 비중을 차지하며, 전기화가 진행됨에 따라 교통이 더욱 중요한 부하 원천이 되고 있다.

그 성장의 일부는 글로벌 경제의 확장을 반영한다. 인구가 증가하고, 소득이 상승하며, 더 많은 국가들이 계속 산업화됨에 따라, 전기 수요도 함께 증가한다. 생활 수준이 높아지면 더 많은 가전제품, 더 많은 냉방 수요, 그리고 더 큰 디지털 발자국이 생겨나며, 이 각각이 전력 사용에 더해진다.

산업은 그 그림의 중요한 부분이다. 이미 글로벌 전력 소비의 상당 부분을 차지하고 있으며 경제에서 가장 에너지 집약적인 부분 중 하나로 남아 있다. 더 많은 산업 공정이 효율성을 높이고 배출을 줄이기 위해 전기화로 전환함에 따라, 이 부문의 수요는 계속 증가해야 한다.

건물에서도 유사한 변화가 진행 중이다. 난방, 냉방, 조리, 온수 가열이 점차 전기 방식으로 전환되고 있다. 이는 기저 소비를 높이는 동시에, 특히 성수기와 계절적 변동 시기에 전기가 언제 필요한지도 변화시킨다.

교통은 또 다른 성장 원천을 더한다. 전기차는 여전히 전세계 차량의 작은 비중을 차지하고 있지만, 채택 속도가 빠르게 진행되어 전력 시스템에 의미 있는 새로운 부하를 만들어낼 만큼 충분하다.

그 변화는 충전 수요로 직결되며, 이는 이번 10년의 나머지 기간 동안 급격히 증가할 것으로 예상된다. 충전 수요가 전력망이 감당하도록 설계된 것보다 빠르게 증가하는 지역, 특히 그런 곳에서 지역 네트워크에 대한 압박이 더욱 가시화된다.

데이터센터는 또 다른 빠르게 성장하는 전기 수요 원천이다. 그 규모는 이미 상당하며, 클라우드 인프라와 인공지능에 연계된 확장이 이를 더욱 높이고 있다. 이러한 시설들은 특정 위치에 매우 크고 집중된 부하를 추가할 수 있으며, 이는 전력망 관리를 더욱 어렵게 만든다.

그것이 바로 수요 증가가 전력망에 그토록 중요한 문제인 이유다. 총 전력 사용량이 증가하는 동시에 수요 패턴도 변화하고 있다. 피크는 더욱 날카로워지고, 새로운 부하의 더 많은 부분이 더 큰 지역적 집중도를 보이며 배전망에 집중되고 있다. 기존 인프라는 더 낮은 수요 성장과 매우 다른 부하 프로파일을 가진 시스템을 위해 구축되었다. 경제의 더 많은 부분에 걸쳐 전기 사용이 증가함에 따라, 여유 용량이 줄어들기 시작한다. 네트워크의 더 많은 부분이 한계에 가까워지고, 전력망 확장의 필요성이 훨씬 더 시급해진다.

3. 노후화된 전력망 인프라

전기 수요가 계속 증가하는 가운데, 기존 전력망의 상당 부분이 이미 운영 수명의 끝에 근접하고 있다.

이는 특히 미국과 같은 선진국 시장에서 두드러진다.

산업 데이터에 따르면, 미국 송전선의 약 31%와 배전선의 약 46%가 이미 설계 수명을 초과했거나 향후 5년 이내에 초과할 예정이다. 이는 현재 투자의 상당 부분이 새로운 용량 추가가 아닌 노후 인프라 교체에 사용되고 있음을 의미한다.

이러한 현대화는 노후 케이블과 변압기 교체를 훨씬 넘어선다. 디지털 제어 시스템 업그레이드, 더 나은 모니터링 역량, 그리고 운영자에게 공급과 수요의 변화를 균형 잡는 데 더 많은 유연성을 제공하는 새로운 전력망 관리 도구도 포함된다.

3.1 커지는 거리

수요 측의 과제를 다루었으니, 이제 발전 측으로 초점을 옮길 시간이다. 지난 수십 년간 재생에너지는 글로벌 발전량에서 훨씬 더 큰 비중을 차지하게 되었다. 재생에너지는 2023년 글로벌 전력 생산의 약 30%를 차지했으며, 이 비중은 앞으로도 계속 상승할 것으로 예상된다.

역사적으로, 전력 시스템은 산업 지역이나 대도시 같은 주요 소비 중심지 가까이에 위치한 대규모 집중형 발전소를 중심으로 구축되었다. 재생에너지가 더 큰 비중을 차지하면서, 그 패턴이 변화하고 있다. 풍력단지와 대형 태양광 발전소는 대개 자연 조건이 가장 좋은 곳에 건설되는데, 이는 전기 수요가 집중된 지역과 멀리 떨어진 곳인 경우가 많다. 태양광 프로젝트는 일반적으로 일사량이 높은 지역에 위치하며, 풍력 용량은 외딴 농촌 지역, 해안가, 또는 해상에 주로 추가된다.

이러한 변화는 전기가 생산되는 곳과 소비되는 곳 사이의 거리를 증가시킨다. 결과적으로, 더 긴 거리에 걸쳐 전력을 운반해야 하기 때문에 송전망이 더욱 중요해진다.

동시에, 발전이 더욱 분산되고 있다. 소수의 대규모 발전소에 의존하는 대신, 현대 시스템은 전력망 전체에 분산된 많은 소규모 발전원에 점점 더 의존한다. 일부 재생에너지 용량은 지역 배전망에 직접 연결되기도 하며, 이는 그 시스템에 또 다른 복잡성을 더한다.

시사점은 명확하다. 전력망은 수요가 집중된 지역에서 점점 더 멀리 위치한 발전원을 연결하기 위해 확장되어야 한다.

3.2 시간적 불일치

위치는 과제의 한 부분에 불과하다. 재생에너지는 또한 전기 생산의 타이밍을 변화시킨다. 기존 발전소는 수요에 따라 출력을 높이거나 낮출 수 있다. 풍력과 태양광은 기상 조건에 따라 달라지기 때문에, 발전이 자원이 가용할 때 이루어지며 수요가 가장 높을 때와 항상 일치하지 않는다. 이는 전기 생산과 소비 사이에 점점 커지는 불일치를 만들어낸다.

에너지 저장 장치가 그 변동성의 일부를 완화할 수 있지만, 특히 더 긴 기간에 걸쳐서는 문제를 완전히 해결하기는 어렵다. 실제로, 전기는 발전이 과잉인 지역에서 수요가 더 강한 지역으로 운반되어야 하는 경우가 많다.

전력망 관리도 진화하고 있다. 과거에는 시스템 운영자들이 주로 수요에 맞춰 공급을 조정하는 데 집중했다. 오늘날에는 전력이 더 많이 공급되는 시간대로 전기 사용을 이동시키는 작업도 하고 있다. 이는 혼잡을 줄이고 기존 네트워크 용량의 활용도를 개선하는 데 도움이 된다.

그 변화는 스마트 그리드의 필요성을 높이고 있다. 이러한 시스템은 디지털 도구를 사용하여 네트워크 전반의 전력 흐름을 더 효율적으로 관리한다. 이는 결과적으로 유연성을 개선하고, 시스템 안정성을 지원하며, 발전과 소비의 균형을 맞추기가 점점 더 어려워지는 상황에서 전력망이 더 효과적으로 운영되도록 돕는다.

4. 대규모 투자의 필요성

전력망은 훨씬 더 강도 높은 ...