(산업분석) SMR _ 메리츠 증권 After AI 시리즈 1

 

- 데이터센터다음시장의관심이이동한분야는전력공급
- 데이터센터가늘면전력인프라가뒷받침되어야한다는것

 

 

- AI, 데이터센터, 전력인프라다음물결은‘에너지’라는생각
- AI가늘고, 데이터센터가늘고전력 인프라가확충되면, AI가쓰는에너지량자체에대해관심이쏠린다는것

 

 전세계에서가장돈을 잘 버는기업은미국빅테크
 미국빅테크가투자하는분야에함께투자해야한다는것이 연초이후글로벌전략의거시적인관점
 에너지산업도여기에포함. 주요빅테크들은이미 2015년부터SMR, 핵융합등 차세대에너지원에투자

 

 

CPU/GPU 전력소비량: 기술진보는단위연산인자당에너지소비량을늘리고

에너지사용효율성을위한움직임은진행중: SMCI, VRT 주가가이를방증

 

 

 이 가운데전력 발전의효율성은1970년이후 거의불변(1970년1.01 → 2011년0.97)
→ 에너지사용량자체를증가시키기위해서는더 많은 에너지생산주체(발전소)가필요함을함의

 

→ 현재는기술과정책이동시에에너지전환을가속화하는상황
→ AI등장과데이터센터증가가유발하는에너지시장지각변동에주목

 

 

 전통적인구글검색은요청당 0.3Wh를소모. Semi Analysis의계산(2023년초)에따르면Chat GPT는
요청당 2.9Wh의전력을소모
 하루90억건의구글 검색량이모두Chat GPT로 대체된다면, 요청당 3Wh의전력소비를가정시
약 10TWh의전력소비량이예상
 글로벌전력소비량27,700TWh(2023년예상), 한국의전력소비량550TWh를기준점으로두고 보면
이해가쉬움. 텍스트기반의AI 어플리케이션은막대한전력소모를요구하지는않음

 

이미지 생성에서 에너지 소모가 기하급수적으로 늘어남

동영상은 얼마나 늘어날지 감도 안잡힘

 

 그러나현시점에서현실적으로는공급측면에서의변수에맞추어서전력수요를생각해야함
 Nvidia를비롯한AI 서버용GPU(A100, H100 등)의출하량에한계가있기때문에, 아무리서비스가
혁신적이어도전력수요가급격하게늘기는어려움
 당사는AI용GPU 출하량을결정짓는TSMC의CoWoS패키징생산량에대한 간단한가정(을통해향후
AI의전력소비의성장률을전망

 

 

데이터 수요는 특정 지역에 밀집

 특히Northern Virginia에서는전세계데이터센터용량중15%가집중

 

특정 지역에서도 특정 건물에 에너지 전력소모 집중

 

 

데이터센터운영, 이용업체는좋을수 있겠으나, 지자체와지역 주민입장에서는부담.
‘데이터는전 세계가쓰는데, 부담은우리동네가진다’는느낌
 데이터센터의면적당전력사용량, 면적당 탄소배출량은제철소나반도체공장 대비수십, 수백배에달함
 해결위해서는전력망투자를늘리고, 좀 더 본질적으로는데이터센터자체적인(On-Site) 발전이필요.
본 보고서에서는후자에조금더 집중하며설명할계획

 

 

 데이터센터전력의높은밀집도와맞물려전력망의노후화문제도부각되고있음

 

아일랜드에선 충분한 전력원 없이는 데이터센터 인허가 내고있지 않음 -> On site 발전원 필요

 

 종합해서정리해보면
1) AI로인해데이터센터전력 수요는폭증할전망이나, 반도체수급제약을감안시 2033년기준글로벌
전력소비량대비10.8%를기록할전망.
2) 이 추가적인전력수요는데이터센터의특성 상특정 지역에집중되어발생.
해당지역이이를감당할수 없기때문에데이터센터는자체적인(On-Site) 발전이필요해짐
 지금부터생각해볼것은 자체적인전력을어떤발전원으로조달할것이냐?에대한문제. 만약재생에너지로
조달한다면, 재생에너지산업입장에서는긍정적인이벤트이지만전체산업규모 대비크진않음. 하지만
원전으로조달한다면, 원전산업입장에서는시장 규모가3배증가하는결과로이어질수

 

재생에너지로는 On site 발전원에 한계가 있음

 

 하이퍼스케일데이터센터의시대로접어들면서좁은면적에서많은전력이발생. 그런데태양광의출력과
데이터센터의출력을맞추려면데이터센터면적의17배에해당하는태양광단지설치가필요. 그렇게
하더라도태양광의낮은이용률(20~30%) 때문에전체소비량을감당할수 없음
 재생에너지는날씨에따른불안정한이용률도문제. ESS가재생에너지의단점을가려줄수 있으나,
리튬이온기반 ESS는2시간~12시간의짧은저장만가능

 

SMR은 데이터센터 전력수요와 궁합이 잘 맞음

 

 데이터센터에알맞은발전원은 원전과수소 발전. 날씨와연료수급에영향을덜받는 안정적인이용률이
가장큰 이유. 본 보고서에서는원전에집중하여서술
 원자력의평균적인이용률은90% 내외. 사계절, 24시간내내비슷한전력부하(전력수요)를보여주는
데이터센터의부하배턴과비교했을때 궁합이잘 맞음
 대형원전은태양광대비MW 당 설치 면적이약 3~4배작으며, SMR은더욱더 작음

 

 

미국 데이터 센터는 원전 근처에 분포

 

 

 SMR은특히수요처인근에설치할수 있어데이터센터의높은에너지밀집도로인한송전망투자 비용을
줄일수 있음. 15MW~300MW내외의상대적으로작은용량(vs 대형원전1.0~1.4GW) 역시하이퍼스케일
데이터센터의전력수요(1개당 40~80MW)와잘맞음
 AWS, MS 등의업체는Constellation Energy, Talen Energy 등 원전운영/디벨로퍼업체들과협업하여
원전기반의계약을체결. 원전, SMR 기반데이터센터프로젝트는2023년부터눈에 띄고있음

 

 

CFPP 프로젝트의취소는2021~2023년급격한인플레과정에서일어난특수한사례일뿐. 여전히SMR의
상대적인경제성은나쁘지않다는생각
 Nuscale은CFPP 프로젝트이후에도루마니아RoPower와함께프로젝트개발을이어가고있고,
GE-Hitach, Terrapower등도각각2029년, 2030년상업운전을목표로프로젝트개발에들어감
 빅테크들과의협력하에추가적인파이프라인발굴될가능성이높음

 

 

 Sam Altman은2015년부터마이크로리액터(SMR보다조금 더 작은용량의원자로, 대략20MW 이하이며
본 보고서에서는편의 상 SMR로총칭) 설계업체 Oklo의의장으로활동중
 이전부터원자력과SMR, 핵융합등에높은관심을보여왔음. AI 혁명으로인한에너지수요증가에대응이
필요하다고여러차례 언급
 SMR은태양광, ESS 등 현재의친환경발전원은물론미래의발전원인핵융합과도궁합이맞는 발전원이라고
설명

 

 Oklo는2024년중 SPAC 상장예정. 하나의이벤트가될 수있음
 파일럿프로젝트인INL 프로젝트는2026~2027년, 실제 상업프로젝트는약 2030년 운전시작이예상되는
등 실질적인사업개발은시간이많이 남아있으나샘올트먼이가진상징성을감안시 원전과SMR산업에
대한관심을환기시키기에는충분
 Oklo와합병예정인SPAC AltC가SEC에제출한서류에따르면2024년7월12일이전까지AltC와Oklo의
합병이마무리되어야함

 

원전 파이프라인 정리

 

 

 미국은세계모든국가중 압도적으로원전발전량이많은나라이자, 가장 많은개수의데이터센터를보유한
나라. 따라서잠재적으로대형원전과SMR의가장큰 타겟시장으로볼 수 있음
 Westinghouse는대형원전에대한꾸준한문의가있다고주장하고있으나, 공식적으로는현재 미국내에서
신규대형원전 건설계획은없음.노후원전수명연장 및 재가동으로최대한원전 발전량을유지하되,
2030년대이후부터는SMR을폭발적으로성장시킨다는방향성이있음
 미국SMR 시장이열릴때는그동안보지못했던사이클이찾아올전망

 

 

 

 DOE는2050년까지200GW의차세대원전(SMR)을설치하기위해다방면의밸류체인에서개선이
필요하나, 특히 5개분야(인력, 연료, 기자재제작, 인허가, 사용후핵연료)에집중해야한다고언급
 주식투자관점에서주목할부분은연료공급망(특히HALEU를비롯한우라늄농축)과기자재제작(특히
대형단조)

 

 

 현재미국내에서원자력등급의단조 시설을운영하는업체는없음. 잠재적으로가능한공급 업체들은
5군데가있으나(ATI, North American Forgemasters, Scot Forge, Lehigh, BWX Tech), 이들을합쳐도
3GW의CAPA만확보 가능. 그런데향후 수요는13GW까지성장하기떄문에수급의갭이크게 발생

 

 

 두산에너빌리티는사실상국내유일한SMR 수혜 업체로볼 수 있음
 단조부터가공까지모두내재화되어있어 일본, 유럽 경쟁사대비원가 경쟁력이있음. 특히두산에너빌리티
소유1.7만톤단조 프레스는4개기둥방식프레스중 세계최대규모로, 여기에서SMR의소재도제작. 미국
내에타이트한단조설비 수급을감안 시동사가파트너사로부각될전망
 현재Nuscale, X-energy에공개적인지분 투자를진행한것을포함해SMR 설계 업체들과긴밀한협력
관계를유지중. 2024년수주가이던스중약 4천억원의SMR 수주 계획이포함

 

 

두산에너빌리티

다만2028년12.9조원(2023년부터CAGR +19.6%)의수주가이던스를제시하며중장기전망에대한
자신감을드러냄. 2025년이후부터한 해에1~2기의대형원전수주는가능하다는계산. SMR에대한
수주는보수적으로가정한수치

 

 

 DOE는또한우라늄전 밸류체인(채굴, 변환, 농축)에서생산능력이부족하다고지적. 200GW SMR을
감당하기위해서는우선우라늄(U3O8)채굴능력을5만톤추가증설필요(지금은국내 생산은거의 없고
2.2만톤가량을해외에서조달중)
 농축시설은연간3,000~4,000만SWU 규모의증설이필요(현재CAPA는490만SWU). SWU 당 120달러
적용시 약 4.7조원규모
 특히대부분의4세대SMR에서는기존3세대대형원전과달리HALEU(고순도저농축우라늄)를사용하는데,
현재미국내 HALEU 농축시설은없음. 후술할Centrus가국산화준비중. HALEU 때문에빌게이츠와
Terrapower의상업운전시기가뒤로밀릴정도로, HALEU는중요 밸류체인임

 

 

 

 

선진국이 지체하는 동안 중국, 러시아의 원자력 발전 약진

 

 

중국의 양적/질적 진전, 2010년대 신규 원전 수출은 대부분 러시아

 

 원자력발전은천연우라늄이아니라농축우라늄이원료가됨
 농축정도에따라저농축(LEU), 고순도/저농축(HALEU), 고농축(HEU)로분류
 농축단계에따라용도가구분됨
- 저농축우라늄(LEU)는기존원전, 고순도/저농축우라늄(HALEU)는SMR 등 차세대원전
- 고농축우라늄(HEU)은핵잠수함등군사용으로활용
 차세대원전개발업체들의시운전타임라인은2027년이후, 모두HALEU를연료로사용

 

글로벌 농축 우라늄 시장은 러시아가 장악 중

 글로벌농축우라늄시장을주도하는글로벌기업은크게4곳
- 러시아의Rosatom, 유럽의Urenco, 프랑스의Orano, 중국의China National Nuclear Corp
 이 중 글로벌농축 우라늄시장의46%를점유하고있는Rosatom
 글로벌교역시장에서도러시아의영향력이큼. 가장많이영향을받는국가는미국
- 글로벌농축우라늄교역 시장에서최대수출국은러시아, 최대수입국은미국

 

 

 

미국, 에너지 독립을 위한 초당적 원자력 산업 재도약 의지

 

 

트럼프가 대통령이 된다면? 원자력 산업은 오􀀀려 좋다

 

트럼프, 가장저렴한에너지와전기를생산, 인플레낮추고, 경제발전, 일자리를창출할것(Agenda 47)
- 값싼전기는성장촉진: 미국캘리포니아/메사추세츠의비싼산업용전기는미국 평균의2배이상
- 캘리포니아의잦은정전과전기 제한은미국에서가장높은 빈곤율의원인이되었다고주장
 트럼프는이미이전임기에도원자력산업발전을위한다수정책을펼친바 있음
- 트럼프는2017년, 2018년원자력산업촉진을위한법안제정
- 미국에서30년만에처음새로가동된원자력발전소(Vogtle)의추가원자로가동지원
- 해당원자력발전소는현재미국내 원자력발전소중 최대발전량

 

 

지리적 비용 고려시 에너지 가격 인하에 원자력 비중 확대 필수적

 

최근친환경에너지의기술진보덕분에화석연료의LCOE(전주기단위당전력비용)하방추월
- 그러나이는기술효율성, 지리적위치(기후), 전력효율성을고려하지않은비용
 LCOE는기술 및 지리적위치를고려할때 변동성나타날수 있음
- 비효율적인위치에있거나기술 사용할수록비용상승
- 풍력, 태양광은에너지원에따라발전소입지가결정되기때문에상대적으로비효율적일가능성높음
- 원자력은기술에따른 효율성차이가적어비용편차가신재생에너지대비안정적
 미국내에서신재생에너지비중강화 내세운주(州)의전기료는그렇지않은주와비교해7년간11% 상승

 

 

 

SMR 관련 위의 기업 한번 훑어볼 필요 있음. 국내보단 해외기업 위주로