(산업분석) 신재생 에너지

! 들어가며

에너지는 결국 신재생으로 흘러갈 거라는 이야기를 듣고 산업 보고서를 읽어봤다. 앞으로 나오는 내용은 아래의 산업 리포트에서 발췌한 것이다.

- 230328_그린에너지_풍력, 늦바람이 무섭다_신한투자증권

- 230523_에너지 패러다임의 변화(feat 전기차 확산이 더딘 이유)_SK증권

! 기본내용

산업계/건물 부문에서 배출되는 온실가스가 전체의 42%를 차지, 운송(Transports) 부문에서는 16%의 비중. 에너지와 운송 부문에서만 전체 온실가스 배출량의 58%. 탄소 배출 비중 가장 높은 분야는에너지와 운송, 따라서 신재생에너지를 도입하는 것과 무공해차로의 전환은 매우 중요한 요소

IEA 가 발표한 2050 넷제로 로드맵에 따르면 2030 년을 기점으로 전세계 판매 차량의 60%는 전동화되고, 2035 년이면 더 이상의 내연기관차가 판매되지 않을 전망이다. 태양광과 풍력이 차지하는 에너지원 비중은 2030 년을 기점으로 화석연료 에너지원을 넘어서기 시작할 것으로 예상되며, 대부분의 유럽 국가들이 내연기관차 판매를 중단할 것으로 예상된다.

우크라이나 전쟁, 에너지 자립과에너지 안보 확립이 얼마나 중요한지 깨닫게 된 결정적 계기

22 년 2 월 발발한 우크라이나 전쟁은 우리가 당연하게 생각해왔던 것이 공포로 바뀌는 모습을 여실히 보여준다. 지구촌이라는 미명 아래 너무나 당연히 러시아로부터 천연가스를 공급받던 유럽은, 우크라이나 전쟁 발발과 함께 에너지 안보 위협을 체감하기 시작했다. 유럽 천연가스 가격은 평년대비 6~7 배 급등했고, 난방을 위한 에너지 수급이 되지 않아 추운 겨울을 난방 없이 보내야만 했다. 파이프라인에만 의존했던 천연가스 공급망을 다변화하기 위해 급히 LNG 항구 터미널을 확보해야 하는 상황에 놓였다.

G2 의 갈등, 자주 국방력 강화 우선되지만 에너지 안보 확립 중요성 대두, 신재생에너지는 에너지 안보 확립을 위한 필수품

2015 년 이후 미국은 표면적으로 Make America Great Again 이라는 구호 아래 자주 국방력 강화 차원에서 국방예산을 증액하고 있다 주장하지만, 중국의 글로벌 영향력 확장을 견제하기 위한 이유가 가장 크다는 것은 외면할 수 없는 사실이다

상대적으로 탄소 배출 적은 천연가스에 더불어 태양광/풍력 중심의 신재생에너지 비중 지속적으로 커질 것

신재생에너지 발전량을 정확하게 예상하기 어렵기 때문에 전기의 수요/공급 균형을 어떻게 맞출 것인지에 대한 문제가 발생한다. 사실 만들어낸 전기가 부족하다면, 화석연료 에너지원을 활용하여 부족한 부분을 빠르게 보충할 수 있다. 하지만 반대로 전기가 초과 생산되었다면, 이를 해소하는 데는 큰 어려움이 뒤따른다. 사용할 곳이 없는데 그리드를 통해 초과 생산된 전기를 그냥 흘려 보낼 수는 없기 때문이다. 이와 같은 신재생에너지의 변동성 문제를 보완하기 위해 매우 중요하게 대두되는 것이 바로 ESS 와 Power to X의 개념이다. 초과 생산된 전기를 ESS 로 별도 저장하거나, 또는 다양한 형태로 에너지를 저장해 두는 것이다

미국/유럽 등 서구 세력만 신재생에너지 확립이 필요한 것은 아님, 중국도 에너지 자립을 위한 준비에 적극적

2030 년이면 연간 판매되는 신규 차량(Motor Vehicle 기준)의 약 30%가 전기차가 될 것이라는 의견이 지배적이다.

하지만 전기차가 직면한 현실적 과제가 있다. 1) 2차전지 부족, 2) 충전 인프라 부족

SNE Research는 오는 2030 년 글로벌 2 차전지 제조업체들의 Capacity 가 총 8,247GWh 에 달할 것이라 전망한다. 하지만 이를 그대로 받아들이기에는 어색함이 있다. 첫째, 중국 기업의 비중이 너무 높다. 2030 년 8 천GWh 이상의 생산 규모를 확보한다고 하더라도, 이 중 중국 기업이 차지하는 비중은 63%에 달한다. 즉, 중국을 제외한 전세계에 공급 가능한 2 차전지는 약 3 천 GWh 에 불과할 가능성이 높다는 것이다.(앞에서 2030년 자동차에 필요한 2차전지는2100GWh로 잡았다. ESS는 제외이다) 둘째, 2 차전지 생산 시설 확충 계획은 언제든지 바뀔 가능성이 크다는 점도 고려해야한다. 미국 IRA 나 유럽 핵심원자재법 등 자국 보호주의에 근거한 법령들이 계속 등장하고 있음을 감안하면 얼마든지 2 차전지 셀 제조업체들의 생산 설비 확충 계획은 변화할 수 있다

설령 전기차의 수요만큼 배터리가 충분히 공급되고, 충분한 만큼의 전기차를 생산한다 하더라도 전기차 충전 시설의 확보가 뒷받침되어야 진짜 전기차 시장이 안정을 찾게될 것이다.

! 전기차 충전

우리나라가 전 세계적으론 차충비가 높더라도 급속 충전기는 부족한 실정

또한 국내 아파트 50% 이상은 2kw 미만 전력으로 설계된 노후아파트. 노후된 아파트는 전력이 부족해 전기차 충전인프라를 깔기는 어렵다.

! 신재생 에너지 계통안전

전력이 부족해도, 전력이 과잉이어도 정전의 위험성이 증가한다. 제주도에서는 풍력발전이 멈춰있는 경우가 자주 보이는데 이는 정비의 목적도 있지만 전력이 과잉상태여서 계통안정을 위해 쉬고 있는 경우도 많다.

위와같은 경우를 해결하기 위해 ESS, 그린수소를 통한 에너지 저장시설 구축이 중요하다.

! ESS

ESS 를 주목하자. 전력 부족 때문이다. 친환경과 전기차 보급 확대 정책으로 전기가 부족하다. 이를 해결하기 위한 대안으로 ① 신재생에너지 확대와 ② 송배전망, ③ 충전 인프라 확충이 대두되고 있다. 이 모든 시스템은 ESS 와 연계될 것이다. 전력부족 해소 대안의 핵심 인프라는 ESS 가 될 것이다. ESS는 전기차 이상으로 커질 수 있는 산업이다. ① ESS는 전기차 시장의 전력 수급 불균형을 해소시킬 열쇠다. ② 에너지 산업에서 탄소중립을 실현하기 위한 신재생에너지의 송전/충전 인프라다. ③ 국가 간의 갈등으로 에너지 안보가 대두된 상황에서 중요한 역할을 할 ESS 를 주목해야 한다.

ESS 효과
- 발전측면: 잉여 전력 관리
- 전력망 : 송배전 효율화
- 수요자 : 전기료 절감
- 사업자 : 차익 실현

ESS가 해결할 문제 1) 전기차를 충전할 인프라

ESS가 해결할 문제 2) 부족한 전력

전력이 부족하지만, 그리고 충전 인프라가 부족하지만 신재생 자가/자체발전 구축으로 일부분 해결할 수 있고 이것이 ESS시장을 개화시킬 것이다.

또한 전기차가 움직이는 ESS역할을 하여 송전망 부족 또한 해결할 수 있다.

위의 내용은 V2G로서 다수의 이점이 있다.

① 전기차 사용자(소비자)입장에서는 수익을 창출할 수 있다. 전력 가격에 따른 차익거래(Arbitrage)다. 전기차 유지비용과 전기료가 절감된다. ② 전력망 입장에서는 먼 거리의 발전소에서 전력을 전달받는데 따른 송전 손실을 줄인다. 태양광 등 발전량은 넘치나 생산 불균형으로 송전 인프라가 부족한 곳에서 전기차에 전력이 저장된다. ③ 전기차 시장 측면에서는 전기가 부족한 시간대 또는지역에서도 충전이 가능하다. 주택 또는 업무 단지 내 전기가 부족한 상황에 다른 전기차로부터 저장된 전기를 구매해 충전한다.

이와 같은 전기의 충전과 방전은 우리가 직접 결정을 내릴 필요가 없다. 예로 테슬라의전력 관리 소프트웨어 Autobidder 는 태양광패널과 ESS 를 활용해 효율적으로 전기를발전하고 실시간으로 전기를 매매한다. Autobidder 는 가격, 부하, 발전을 확인하고 예측해 전기를 사고 판다. 자체 알고리즘(인공지능)을 통해 사용자의 지시 없이 관리하고매매하는 시스템이다.

하지만 한국에선 일반인이 전기를 팔 수 없는 단점이 있다.

ESS가 극복해야할 장벽

① 전기차용 배터리에서 요구하는 성능의 우선순위는 출력이다. ESS 에서는 수명과 안전성이 더 중요하다. 상대적으로 에너지밀도는 떨어지지만 생산원가가 저렴한 LFP 가 선호되는 이유다. ② 출력과 수명, 안전성을 모두 만족하기 위해서는 더 많은 비용(원가)를 배터리에 지출해야 한다. 하나의 배터리로 전기차와 ESS 기능 모두를 수행하기 위해서는 V2G 로 창출 가능한 부가가치가 확장되거나 배터리 가격(공급단가)가 낮아져야 할 것이다. ③ 화재 예방을 위한 사용환경 관리와 안전대책 마련에도 비용 투입이 요구된다. 그러나 더 가혹한 조건의 전기차도 보편화에 성공했음을 주목한다.

ESS 배터리 수요

! 수 소

신재생에너지의 활용 비중이 커짐으로써 발생하는 한계용량 초과 문제를 해결하기 위해서는 ESS 와 더불어 P2G(Power to Gas)의 역할도 함께 부각될 가능성이 크다. P2G 는 잉여전력을 활용하여 전기를 다른 에너지원으로 저장하는
개념을 말한다. 수소가 가장 대표적인 매개체로 손꼽힌다.

글로벌 주요 국가들도 그린수소 생산에 본격적으로 나서는 중, 청정수소 제도 국가별 확립

! 풍 력

중국을 제외한 글로벌 풍력 수요는 2023년 52GW로 저점을 형성 후 2024년 56GW, 2025년 69GW로 크게 성장할 전망이다.

2030년까지 재생에너지 발전량 비중을 20%까지 확대하는 계획을 발표하였다. 풍력발전은 28% 비중이다.

태양광은 중국이 꽉 잡고 있어서 진입이 쉬워보이지 않고, 풍력은 그나마 덜하다. 하지만 풍력의 중국 내 수요는 중국업체가 가져가지 않을까 싶다.

해상풍력발전소 인허가 및 설치까지 필요한 시간

발전소 1GW당 투자비용은 태양광 7천억원, 육상풍력 2조원, 해상풍력 3~4조원으로 추정한다. 풍력발전소 투자비용은
조단위로 금리에 취약하지만 정부의 에너지 안보 확보를 위해 발전소 보조금으로 지원

2050년까지 탄소중립 달성을 위해 필요한 발전소 Capa는 태양광 15,468GW, 풍력 7,795GW이다. 하지만 정책지원 없이 현재의 설치 속도로 진행되면 태양광 7,464GW, 풍력 3,564GW로 그칠 전망이다. 국가들의 정책 목표를 반영해도 태양광 11,065GW, 풍력 5,727GW로 탄소중립 목표 대비 부족하다.

화석연료대비 재생에너지의 발전단가가 저렴해지고 있다.

기업들의 재생에너지 발전소 수요를 보여주는 PPA 가격(발전원별 전기 가격으로 보면 될듯)도 상승 추세

풍력발전소 밸류체인별 발주 시점, 기업

발전소 투자 비용은 약 육상풍력 2조원, 해상풍력 3~4조원이다. 총 투자비에서풍력터빈 시스템이 차지하는 비중은 30~60%이다. 해상풍력발전소에서는 하부구조물과 전력인프라 등 기타 비용들이 추가돼 풍력터빈 시스템의 비중이 작아진다.

풍력터빈은 이미 경쟁이 끝나가는 상황으로 상위 5개 업체의 M/S가 80%

실적은 ASP 인상과 비용 축소로 2023~2024년에 턴어라운드를 전망한다. Vestas는 2022년 순적자를 기록했으며 이는 9년 만의 적자이다.

터빈 블레이드 – 터빈사와 운명 공동체 블레이드는 터빈의 핵심제품으로 터빈 개발 단계에 참여

터빈 대형화로 해상풍력 LCOE 저감 가능. 터빈에 따라 블레이드도 대형화 필요

타워/하부구조물 – 현지화가 핵심

유럽과 미국에 설치되는 하부구조물은 대부분 유럽 업체들이 장악하고 있다. 물류비를 감안하면 풍력 프로젝트에 근접한 공장이 필요해 신규 업체의 진입이 제한적이다.

타워는 소수의 업체만 글로벌 생산기지 확보. 한국의 씨에스윈드가 대표 기업. 씨에스윈드는 미국, 베트남, 말레이시아, 중국, 대만, 터키에 생산기지를 보유했다.

WTIV – 해상풍력의 가장 큰 리스크

해상풍력발전의 가장 큰 걸림돌은 해상풍력 설치선인 WTIV(Wind Turbine Installation Vessel)이다. WTIV(해상풍력 설치선) 글로벌 15대 운영 중. 대당 연간 800MW 설치 가능. 중국을 제외한 글로벌 WTIV 수요는 2021년 11대에서 2030년 79대로 증가할 전망이다.