늘어나는 민간 수요(feat. 빅테크)

현재 하이퍼 스케일급 데이터센터 전체의 78%는 모두 미국에 기반을 둔 빅테크 기업들이 운영하고 있습니다. 구글, 마이크로소프트, 아마존, 메타 4개 기업들이 그 예입니다. 이들은 수많은 일반 서버 및 AI 서버를 탑재해 운영하며, 연간 200-500GWh의 전력을 소비합니다. 실제로 메타의 하이퍼 스케일 데이터센터는 연간 11.1TWh를 소비하는데, 이는 약 100만 세대가 연간 사용하는 전력 규모입니다. 그동안의 하이퍼 스케일급 데이터센터에 탑재된 일반적인 랙(Rack)은 단위 당 전력 사용량이 10-20kW수준이었으나, AI 서버 랙은 GPU의 양에 따라 30-100kW까지 증가하게 됩니다.

고성능 AI CPU, GPU가 더 많이 필요해짐에 따라 데이터센터를 구성하는 서버, 네트워크 장비, 냉각 시스템 등에도 더 많은 장비의 가동을 불러일으켜 전력 소비량이 증가하게 됩니다. 전력기기가 들어가는 전원 장치 및 IT 서버장치는 전체 전력 소비의 55%를 차지합니다. 이렇듯 대규모 전력을 필요로 하는 하이퍼 스케일급 데이터센터가 증가하면서 관련 인프라가 최대로 사용할 수 있는 전체 전력용량 규모 역시 최근 2년 사이 4배 이상 증가하였습니다.

그동안은 국가 단위의 전력청이 전력기기 수요를 주로 이끌었다면, 이번 사이클에서는 민간기업들(빅테크 및 민간 유틸리티 기업)의 발주가 앞으로 더 늘어날 것으로 전망합니다. 실제로 글로벌 빅테크 기업들의 데이터센터 관련 CAPEX 규모가 크게 증대되었고, 이로 인해 긍정적인 발주 상황을 기대해볼 수 상황입니다.

구글의 경우, 데이터센터와 AI 인프라에 대한 투자로 1Q24 CAPEX가 130억 달러로 전년 동기 대비 90% 이상 증가하였고, 마이크로소프트 역시 2024년 분기별로 CAPEX 증가를 예상하고 있습니다. 한편, 메타는 데이터센터 건설을 잠시 중단했음에도 불구하고 2024년 CAPEX 가이던스를 350-400억 달러로 상향 조정했으며, AI와 클라우드 인프라 수요 증가에 대응할 계획을 밝혔습니다. AI와 데이터센터 인프라 확장을 위한 투자가 주요 원인입니다.

이와 같은 빅테크 기업들의 CAPEX 증가는 AI 워크로드, 특히 생성형 AI 모델을 위한 GPU와 특수칩의 개발 및 확보, 새로운 데이터센터 구축 및 업그레이드에 대한 필요성에서 기인합니다. 또한, AI 인프라 투자는 데이터센터의 물리적 확장과 더불어 CPU, GPU, 네트워킹 장비에 대한 투자도 포함합니다.

뿐만 아니라, 미국 유틸리티 기업 넥스트에라 에너지(NextEra Energy)는 데이터센터 수요로 인해 2024-2027년까지 CAPEX 규모를 970억 달러에서 1,070억 달러까지 늘릴 것으로 전망했습니다. 유틸리티 기업 역시 데이터센터로 인한 추가적인 전력 수요로 인해 운영 중인 발전소에 대한 유지 보수 및 확충 작업이 필요하기 때문입니다. 향후 3년간 넥스트에라 에너지는 신재생 발전소 신규 설치 및 에너지 저장 설비에 주로 CAPEX를 할당할 것으로 예상됩니다.

더불어 지난 1월에는 미국 북동부 PJM 지역의 데이터센터 수요 증가에 대응하기 위해 129마일의 500kV급 신규 송전선 및 변전소 건설 계획을 발표했습니다. 2024년 말 건설을 시작해 2027년부터 전력 공급을 목표로 하고 있으며, FERC의 승인을 받아 보조금 지원이 예정되어 있습니다. 국내 전력기기 기업은 2026-2027년을 시작으로 유의미한 데이터센터향 전력기기 수요가 발생할 것으로 전망합니다. HD현대일렉트릭 역시 지난 5월 CEO 간담회를 통해 일부 빅테크 기업으로부터 직접적으로 제품 문의 및 공급 계약을 맺고 있다는 점을 언급하였습니다. 2024년은 데이터센터 매출 비중이 약 5% 내외이지만, 2027-2028년에는 10-15%로 점진적으로 성장할 것으로 예상됩니다.

지속되는 전기화 트렌드와 미국 제조업 리쇼어링

광범위한 전기화 트렌드로 이전 대비 전력 사용량이 증가한 점도 눈에 띕니다. 최종 에너지 소비 중 전기는 2023년 20%에서 2050년 50%를 차지할 것으로 예상합니다. 글로벌 탄소 넷-제로 목표를 달성하기 위해서는 전기화 트렌드가 현재보다 훨씬 더 빠른 속도로 이루어질 것으로 전망되기 때문입니다.

특히, 주거(히트펌프 등)와 운송(전기차 등) 분야에서의 전기화 트렌드가 뚜렷할 예상합니다. 또한, 에너지 집약적인 데이터센터, AI, 암호화폐 등의 소비량 증가로 글로벌 전력 수요는 2026년까지 현재 대비 2배 높은 성장률 곡선을 그릴 것으로 기대됩니다.

미국의 제조업 리쇼어링 역시 수요 증가에 기여하고 있습니다. 트럼프 정부 출범 후 미국 중심의 공급망 재편이 바이든 정부까지 이어지며 제조업 리쇼어링이 일어나고 있습니다. 2021년 이후, 미국 정부는 산업 및 제조 시설에 대해 총 4,810억 달러의 투자를 집행하였으며, 2022년에는 200개 이상의 제조 시설에 대한 투자를 발표하였습니다. 이로 인해, 전력 생산 및 공급 인프라에 대한 추가적인 투자가 요구되어 전력기기 산업은 구조적인 성장이 진행되고 있습니다.

주목해야 할 배전기기 시장

기본적으로 데이터센터는 유틸리티 기업으로부터 중저압(13.8-34.5kV)의 전력을 공급받게 되는데, 공급 전력은 강압용 변압기를 통해 480V 또는 208V까지 전압을 낮춰 최종 종착지인 서비스 랙(Rack)에 도달하게 됩니다. 따라서 데이터센터에는 전력 공급과 배전과 관련된 변압기, UPS, 배전반, PDU, 스위치기어, 인버터 등의 전력기기들이 설계 과정에서 들어가게 됩니다.

그 중에서도 핵심은 배전망에 직접적으로 연결되는 배전 변압기입니다. 미국 연방정부 규정에 따르면, 통상 배전 변압기는 전압 용량 5MVA급을 일컫습니다. 전압으로 구분한다면 전력망에서 72kV 까지의 전압을 다룹니다. 기본적으로 배전 변압기는 고전압 전력을 저전압으로 변환하는 용도로 데이터센터 내부의 장비들을 사용할 수 있게 합니다. 언급한 일반 목적용 변압기 외에도 인버터, 신재생에너지 장치, ESS 등 매우 다양한 고객의 요구 사양이 반영된 높은 기술력의 특수 변압기도 있습니다. 이처럼, 매우 다양한 분야에서 광범위하게 활용되고 있는 제품으로 글로벌 시장 규모 자체도 앞서 언급한 송전용 전력 변압기보다도 훨씬 큽니다.

전력 수요가 늘어나는 만큼 중요해진 배전 시스템

배전 변압기 시장은 주로 주거 및 상업 부문에서의 수요 급증을 바탕으로 성장해왔습니다. 최근에는 미국 리쇼어링, 국가별 산업 구조 재편 등으로 인해 건설 활동이 늘어났고, 이에 효율적인 배전 시스템에 대한 필요성이 대두되면서 배전 변압기에 대한 수요가 증가하였습니다.

이후, 데이터센터가 늘어나면서 관련한 시설 투자가 확대되고 추가적인 수요까지 일어났습니다. 배전 변압기는 데이터센터가 위치한 지역의 전력망을 강화하기 위해서도 필수적입니다. 데이터센터가 안정적으로 운영되도록 보장하고, 전력 수요가 급격히 증가할 때 지역 전력망이 과부하가 생기지 않도록 하기 위해서입니다. 이렇듯 전력망 부담이 가중되자, 배전망 현대화 계획에 따라 스마트 전력개량기, 스마트 그리드를 포함한 새로운 배전 네트워크 장비 등에 대한 개발 및 수요도 늘어나고 있습니다.

늘어나는 전기 수요로 인해 더 큰 용량의 배전 변압기에 대한 수요가 증가할 것으로 전망합니다. 미 에너지부 국립 재생에너지연구소(NREL)의 예비 추정치에 따르면, 배전 변압기 용량 수요는 전기화 트렌드에 따라 2021년 대비 160-260%까지 증가할 것으로 예상됩니다.

국내의 경우 2022년 배전 변압기 전체 용량은 139,265MVA(전국 최대 전력의 약 1.5배)로 집계됩니다. 2029년까지 국내 신규 데이터센터 전력 수요(49.3GW)를 공급하기 위해서는 배전 변압기 용량 약 77,168MVA가 필요할 것으로 추정되는데, 이는 현재 설치용량의 55% 수준입니다. 원활한 배전을 위해서는 충분한 여유분의 배전 변압기 용량을 확보해두는 것이 필수적인데, 현재의 신규 전력 수요를 충당하려면 변압기 용량의 획기적인 증설이 시급합니다.

반덤핑 관련 리스크

미국은 지난 2012년 한국산 변압기에 대한 반덤핑 조사를 나섰고, 2016년에는 높은 비율의 반덤핑 관세로 인해 국내 전력기기 3사는 영업에 큰 타격을 받았습니다. 그 과정에서 HD현대일렉트릭은 순손실을 기록하기도 했습니다. 지난 2024년 1월 이루어진 재심에서 한국산 전력 변압기에 대한 반덤핑 관세를 유지하기로 했기에 높은 반덤핑 관세에 대한 우려는 지속될 수 있다고 판단합니다. 다만, 미국 내에서 변압기 수요 급증과 쇼티지가 지속되고 있는 상황에서 과거의 높은 수준의 반덤핑 관세가 재현될 가능성은 제한적이라고 판단합니다.

뿐만 아니라, 높은 반덤핑 관세로 인해 HD현대일렉트릭은 미국 현지에 생산 공장을 세우며 적극적인 현지 전략을 취했습니다. 이와 같은 학습 효과 및 대응으로 현재 국내 전력기기 대형 3사 역시 현지 생산 법인에 적극적인 투자를 단행하고 있어 종전과 같은 수익성 악화가 일어난다고 보기에는 어렵습니다.

쟁점: 제품별 수요 변화 움직임

향후 배전 변압기 제품 안에서도 수요 변화가 증가될 것으로 예상합니다. 현재와 같은 주상변압기 수요도 장기간 이어지겠으나 유형별로 수요의 상승폭은 향상된 복원력을 갖춘 패드 변압기, 건식 변압기에 더 클 것으로 예상됩니다.

특히 미국의 경우, 기후 변화로 인한 변압기 보호를 위해 지중화 및 복원 프로그램이 늘어나면서 기존의 주상 변압기보다는 패드 변압기 수요가 점차 증가할 것으로 예상합니다. 특히 DOE에서 시행하고 있는 GRIP(Grid Resilience Innovative Partnership Program)은 전력망의 복원력 강화를 목표로 105억 달러의 자금이 할당되어 있습니다. 또한 미국 유틸리티 기업 PG&E는 2026년까지 10,000마일의 네트워크(전체 시스템의 약 10%)를 지중화 하는 데 투자하는 대규모 프로젝트를 진행하고 있습니다. 또한, 산불을 일으킬 위험이 있는 지역에서는 유입식 변압기보다는 건식 변압기 수요가 증가할 것으로 전망합니다.

관련한 예로, HD현대일렉트릭은 1Q24 실적에서 패드변압기를 포함한 배전기기 사업 부문의 매출 성장세가 이익 성장에 기여했습니다. 최근 분기 실적에서도 미국 내 패드 변압기 수요 증가를 엿볼 수 있습니다. 미국 시장 내에서도 수익성 높은 배전기기로의 매출 mix 다변화가 일어나고 있습니다.

뿐만 아니라, 신재생 발전원(태양광, 풍력) 증가 속도에 맞추어 승압용 변압기 수요도 늘어날 것으로 예상합니다. 변압기는 사용 용도에 따라 크게 전압을 올리는 승압(Step-up)과 전압을 낮추는 감압용(Step-down) 변압기로 나눌 수 있습니다. 낮은 전압의 직류 전기를 생산해내는 신재생 발전원에서는 송전을 위한 승압이 필수적입니다. MW 단위의 대규모 분산 발전소에 필요하며, 2050년까지 전력 용량 기준 0.5MVA에서 5MVA 크기의 승압 변압기에 대해 최대 2TW 규모의 수요가 예상됩니다.