AI 시대 Next 병목 구간 찾기 (에너지)

 오늘은 카페에서 여유롭게 시간을 보낼 기회가 있어서, 그동안 공부했던 에너지 섹터 관련 스터디를 조금 편한 느낌으로 정리해보려 한다. (사진은 스타벅스 더북한산점) 최근 1년은 삼성전자/SK하이닉스 (메모리), 삼성전기 (MLCC), 두산 (CCL), LS일렉트릭 (변압기), 가온전선 (전선) 등 AI 시대의 주요 병목 구간에서 사업을 하는 기업들의 주가 슈팅을 볼 수 있었다. 나름 산업에 대한 스터디는 열심히 하는 편이다 보니, 주가가 오르기 전에 해당 종목들은 잘 고르는 것 같은데, 아직 수급에 대한 감이 없는지 전부 조금만 먹고 나왔던 것은 아주아주 아쉬운 포인트인 것 같다. (딴 돈의 반만 가져가...) 아쉬운 마음을 뒤로하고, 다음 병목을 찾기 위해 AI 시대의 어떤 병목이 있었고, 앞으로의 병목을 찾기 위해 공부 중이고, 이번 포스팅에서는 에너지 위주의 병목을 공부해보려 한다.

  <Energy Value Chain>

① 발전 - 해상풍력·태양광·원전/SMR·LNG 등이 있으며, 모든 에너지는 장단점이 있다. 예를 들면, 태양광은 낮 시간에만 발전이 가능하고, 풍력 또한 바람이 불지 않는 타이밍에는 발전이 안 된다는 간헐성이 있으며, 원전은 출력 조정도 힘들고 건설에 긴 시간이 필요하다는 단점이 있다. 이를 보완하기 위해 나온 SMR은 국내 기준으로 초도호기 준공이 2035년경이라 근미래의 답은 아니기 때문에, 24시간 안정적인 전력원인 firm 전원 확보가 반드시 필요하다. 뒤에서도 조금 더 자세하게 나오겠지만, 발전원을 AI DC에 붙여서 짓겠다는 BTM (Behind-the-Mile)이 미국의 대세가 되면서, 발전소 건설에 대한 수요도 빠르게 증가할 것으로 보인다.

② 송전(HVDC) - 열심히 발전기를 돌려서 AI DC로 끌고 오기 위해서 송전 시스템이 필요하다. AI DC 옆에 발전소가 있는 경우에는 송전 이슈가 적겠지만, 발전소가 멀리 있는 경우 (e.g., 해상풍력) 등은 HVDC가 필요하다. HVDC(초고압 직류 송전)는 고전압의 전기를 직류로 바꿔 장거리·해저로 대용량을 나르는 기술이다. 바다·장거리에선 교류(AC)가 자기 충전 손실 때문에 50~80km만 넘어도 무력해지므로, 해상풍력과 장거리 연결엔 HVDC가 사실상 유일한 답이다. 글로벌 해저케이블 시장은 Prysmian, Nexans, NKT, LS전선의 '빅4'가 약 85%를 과점한다. LS전선은 이 클럽에 든 유일한 한국 기업으로, 한국 내에서도 서해안 HVDC(8GW), 동해안~동서울 HVDC가 송전 병목 해소의 핵심 사업이다.

③ 배전 - 송전된 전력을 수요 단위로 나눠주는 배전도 중요한 영역이다. 북미 노후 배전망 교체(가공선→지중화)와 데이터센터 인입에 대한 수요가 폭증하고 있다. 상대적으로는 고압 송전 등보다 마진은 적지만, 볼륨 자체가 크게 늘고 있다. 국내 기업으로는 가온전선이 미국 자회사 LSCUS를 통해 직접 시장을 공략한다. 미국에서의 배전 매출도 중요하지만, LS에서 가온전선에 미국 배전 물량을 몰아준 레퍼런스를 기반으로 최근에는 데이터센터에 적용되는 버스덕트 수주를 따냈다. [1] 기술력도 중요하지만, 안정적인 운용을 위해 레퍼런스를 가장 중요하게 여기는 AI DC의 영역으로 다가오고 있다는 점은 긍정적인 요소로 생각된다. 

④ DC 내부 전력 / ESS - 건물 안에서 랙까지 전력을 분배하는 영역으로 ESS와 함께 연동되기도 한다. 변압기·스위치기어·UPS, 그리고 버스덕트(busduct)가 핵심이다. 버스덕트는 수백 가닥 전선 대신 금속 케이스 안에 판형 도체를 넣어 대용량을 압축 분배하는 '굵은 전력 동맥'으로, 전력밀도가 극단적으로 높은 AI 데이터센터에 특히 적합하다. 가온전선가 이번에 수주를 따낸 버스덕트는 Vertiv·Schneider·Eaton 같은 서구 과점 업체와 같은 고객을 두고 경쟁하는 구도다.

 

<미국/한국의 데이터센터 전력 수요>

 미국의 데이터센터 전력수요는 2025년 31GW, 2026년 41GW에서 2027년 66GW로 2년 만에 두 배가 늘었다. 메타, 아마존, 구글 등 기존 CSP 업체들도 AI DC를 앞다퉈 짓고 있으며, AI DC 사업만을 하는 네오 클라우드 업체들 (e.g., 코어위브, 네비우스)도 엄청난 자본 투입을 진행하고 있다. 미국도 공급이 수요를 따라가지 못하는 상황임은 맞지만, 압도적인 자본, 비교적 풍부한 에너지 자원, 넓은 땅덩어리 등으로 어찌어찌 공급을 진행하고 있는 것으로 보인다.

 한국도 수요 자체는 이미 미국 못지않게 폭발했다. 데이터센터 계약전력 신청량이 2020년 이전 60MW에서 2023년 3,091MW로 3년 새 50배 넘게 뛰었다. 하지만, 공급이 미국처럼 원활한 편은 아니다. 미국은 ERCOT·PJM 같은 경쟁시장이 구축되어 있고, 가스발전을 AI DC 옆에 빠르게 붙이고, 직접 PPA로 KEPCO 같은 접속대기열을 우회할 수 있다. 이와 비교하여, 한국은 한전 단일 송배전 독점에, 5월 통과한 'AI 데이터센터 국가전략시설 특별법'에서도 직접 LNG PPA 조항이 빠졌다. 즉, 먼 곳에서 전력을 생산하고, 긴 송배전 라인을 탈 수밖에 없는 구조인데, 문제는 송배전이 지나오는 구간마다 지역사회의 반대 등으로 빠른 전력 공급이 어려워 AI DC 인허가가 제대로 나지 않는 상황이다. 따라서, 공급과 수요가 함께 증가하는 미국의 J자 커브 성장보다는 발전/송배전이 뚫리는 시점에서의 계단식 성장이 가능할 것으로 보인다.

 처음에 가장 먼저 드는 생각은 '에너지가 남는 곳 (e.g., 동해안 (원전))에 데이터센터를 지으면 되는 것 아닌가'다. 미국은 이미 AI DC 옆에 발전소를 설치하여 공급하고 ((behind-the-mile, BTM)), 그리드 (전력망) 연결을 백업으로 두는 방식을 채택하고 있다.따라서, AI DC 옆에 둘 발전소를 무엇으로 할 것인지 등에 대해서 천연가스가 압도적 (75%)이며, 그리드를 포함한 전체 전력 믹스는 천연가스가 약 40%, 재생에너지가 약 24%, 원자력이 약 20%로 추정된다. BTM에서 천연가스 물량이 늘어나면서, 두산에너빌리티의 가스 터빈 수주도 폭증하고 있는 것으로 파악된다. 특히, 미국은 천연가스가 다른 나라 대비 싸고, 24시간 안정적으로 공급할 수 있으며, 빠르게 건설이 가능하다는 측면에서 가장 좋은 대안으로 보인다. 국내는 안정적으로 전력을 공급해야 하는 SK하이닉스, 삼성전자 등의 공장에는 천연가스 전력도 공급되고 있다. 하지만, 치솟는 천연가스 가격과 더불어, 발전소를 짓는데 주민 동의 등이 필요하여 공급이 원활하지 않은 상황이다.

 

<국내의 AI DC 발전원>

 정리하면, 미국은 넓은 땅덩어리, 넘치는 자원과 자본 등을 기반으로 이미 BTM와 그리드 연결을 적절히 혼합하여, AI DC의 수요 폭증에 그나마 잘 공급 대응을 하고 있다. 하지만, 국내는 현재의 수도권의 AI DC 밀집 구조에서는 BTM이 힘들고, 먼 거리의 발전원을 이용한 그리드 연결 또한 주민 동의 등의 이슈로 쉽지 않다. 따라서, 현실적으로 AI DC를 수도권이 아니면서 에너지가 풍부한 곳으로 내려보내겠다는 접근이 현실적으로 보인다. 학습과 추론 중에 추론의 Latency가 중요한데, 국내는 추론 수요가 미국보다 더 높다는 점 때문에, 지방으로 데이터센터를 내려보내기 어렵다는 얘기도 있지만, 금융의 초단타 트레이딩 등 일부 프로젝트를 제외하고는 ms 단위의 Latency가 문제가 되어서 데이터센터를 못 내리는 경우는 제한적일 것 같다. 수도권에 남는 진짜 이유는 latency보다 기업 고객 근접, 기존 코로케이션 생태계, 유지보수 이슈 등으로 보인다. 단순히 데이터센터를 지어놓는 것이 아니라, 최적화나 트러블 해결에 핵심 인력들이 필요한데, 지방으로 내려가는 것이 인재 유치에도 긍정적이지 않기 때문이다. 하지만, 에너지와 관련한 현실적인 대안이 없다면, 결국은 억대 연봉을 줘서라도 AI DC를 지방에 배치할 수밖에 없을 것으로 보인다.

 그러면, 단순히 태양광이 많은 전남이나 원전이 위치한 동해안으로 AI DC를 배치하면 끝나는 일인지를 보면 그것은 또 아니다. 데이터센터는 1년 8,760시간을 멈추면 안 되는 'firm(24/7)' 전력을 요구한다. 그런데 신재생에너지는 간헐적으로 전력이 생산되는 특성이 있기 때문에, 안정적인 전력 공급이 어려워, 신재생 기반의 전력 공급을 하기 위해서는 전력이 남을 때는 ESS에 저장하고, 전력이 부족하면, ESS의 전력을 사용하는 방식이 필요하다. ESS(배터리)를 옆에 두면 하루 단위는 메울 수 있어 장거리 송전 부담을 크게 줄이지만, 흐린 일주일·계절 단위 공백까지 배터리로 버티려면 비용이 폭발한다. 그래서 완전한 '재생에너지 섬'은 단가가 안 나오고, 결국 그리드는 '세상에서 제일 싼 백업 배터리'로 여전히 필요하다.

 국내에서 전력이 남는 지역은 원전이 있는 동해안과 태양광이 많은 전남 지역이다. 정부는 제11차 전기본에서 영덕에 신규 대형원전 2기(12조)를 확정했고, 경북도는 이를 계기로 울진~영덕~포항~경주 '동해안 에너지 벨트'를 구상하면서 그 무탄소 전력을 AI 데이터센터·반도체·수소환원제철 유치에 쓰겠다고 명시했다. 냉각수도 바닷물이 있어 유리하기 때문에, 개인적으로 최적의 입지로 생각되긴 하지만, 한국에선 원전 전력의 직접 PPA·직거래가 불가능하다. 직접 PPA 대상이 재생에너지(태양·풍력·수력·바이오·지열·해양)로만 법적으로 한정돼 있고, 원전은 빠져있기 때문에, 비용 측면에서는 살짝의 디메리트가 있을 수 있다. 하지만, 이미 구축되어 있는 원전도 많아 남아도는 전력이 상대적으로 많은 상황이기 때문에, 신규 공급에 시간이 든다는 원전의 단점도 적으며, 원전 자체가 워낙 싼 발전원이기 때문에 원칙적으로는 가장 유력한 방안으로 보인다. 개인적으로는 AI 경쟁이 심화되는 시점에서 친환경 이외에 원전도 PPA를 허용해야 하는 것 아닌가에 대한 생각도 있다.

 또 하나의 지역은 태양광이 많이 깔려있는 전남 지역인데, 태양광만으로는 밤에는 전력 공급이 어렵다. 따라서, 태양광과 풍력을 적절히 믹스해보자는 논의가 가장 각광받고 있다. 둘은 서로 위상이 반대(태양광은 낮·여름, 풍력은 밤·겨울)라 섞으면 곡선이 평평해지고 ESS 부담이 준다. 이것이 정부에서 전남을 밀고 있는 하나의 이유다. 솔라시도의 대규모 태양광과 신안 8.2GW 해상풍력이 한곳에 있는, 국내 거의 유일한 지역이기 때문이다. 다만 마지막 몇 %의 'firm'은 여전히 비싸고(연구에 따르면 간헐 재생 E만으로 firm을 맞추려면 기저부하의 최대 7배 과설비가 필요), 현재 확정된 신안 풍력의 본격 물량은 2035년에야 들어온다. 전남이 AI DC의 주요 입지로 거론되기 위해서는 LNG 발전도 필요하겠지만, 풍력 분야에서 정부의 전폭적인 지원이 필요해 보인다. 이로 인해, 정부에서는 국민성장 펀드의 1호 투자처로 신안우이가 지정된 것도 비슷한 맥락으로 보인다. 정리하면, 전남 쪽에 AI DC가 배치된다에 배팅하면, 국가 주도의 풍력 Value-chain에 투자하는 것이 필요하다고 생각된다. 국가 주도의 풍력 사업은 국산화율도 중요한 점수 요소 (안보 점수)기 때문이다.

 

 <송/배전>

  풍력이든 원전이든 먼 거리에서 발전원을 배치하고, 이를 AI DC까지 끌고 오는 시스템은 계속 증가할 수밖에 없다. 이 과정에서 일반 송전 및 배전은 볼륨은 계속 늘어나지만, 다른 산업에 비해서 고마진 산업은 아니다. 하지만, 바닷물에 둘러싸인 해상 구간이나 장거리에는 HVDC (High-Voltage DC)가 필수적이다. 일반적인 AC를 사용하기 힘든 물리적인 이유를 조금 더 설명하면, AC 케이블은 거대한 동축 축전기를 (도체 - 절연체 - 바닷물) 채웠다 비웠다 (e.g., 60Hz)를 반복하면서 전력을 이동시키는데, 이때 헛도는 충전 전류가 발생하고, 이 충전 전류가 용량과 마찰열 손실을 발생시킨다. 이때, 정전용량이 클수록 손실이 커지는데 정전용량이 케이블의 길이에 비례한다. 지상 및 짧은 구간에서는 케이블을 여러 번 끊어서 가고 보상설비 등을 둘 수 있는데, 해저 구간에서는 보상설비도 두기 힘들기 때문에, AC를 사용하지 못하고 HVDC를 사용할 수밖에 없다. 서해안 전력고속도로나 신안우이 프로젝트가 언급될 때 HVDC 기업들이 언급되는 이유가 이 때문이다.

 HVDC이 병목이라는 얘기도 계속나오는데, 에너지 산업을 공부할 때 처음 들었던 생각은 '반도체도 아니고 그냥 지으면 되는 거 아닌가...? 였다.' 조금 더 공부해 봤을 때 빠르게 양을 늘리기 어려운 이유는 'HVDC 케이블이 이음매 없는 한 가닥이어야 하기 때문'이었다. 해저에 넣는 케이블은 손상이 되면 큰 비용과 수리가 어려운데, 케이블에서 이음매는 물리적으로 가장 취약한 구간이기 때문에, HVDC 케이블은 이음매 없이 수십km를 쭈욱 뽑아내듯이 생산한다. 문제는 이를 200m 같은 수직 타워에 (VCV 타워)서 아래로 쭈욱 늘리면서 생산을 하는데, 이 타워 하나에서 케이블 하나가 뽑히는 직렬 생산 구조기 때문에, 병렬적으로 생산하기 위해서는 아래 그림 같은 비싸고 큰 타워를 여러 개 건설해서 뽑아내야 하는 상황이다. 최근에 LS전선이 미국에 VCV 타워 착공에 들어갔는데, 2027년 하반기 완경 및 2028년 1분기 생산을 목표로 하고 있다. [2] 해저 케이블 사업은 빅 4가 85%를 과점하고 있는데, 프리즈미안(이탈리아)·넥상스(프랑스)·NKT(덴마크)·LS전선이다. (LS전선은 상장되어 있지 않고, 상장사인 LS의 자회사) 글로벌 HVDC 시장이 2024년 약 110억 달러 → 2030년 180억 달러(CAGR ~16%), 해저 HVDC만 2025년 133억 달러다. 2025년 7월에 LS전선은 동해에 아시아 최대 HVDC 설비를 갖춘 공장을 준공하였으며, 공격으로 Capex 투자를 진행하고 있으며, 가동률을 빠르게 높여가고 있다. (거의 풀캐파인 것으로 추정) 국내에서도 HVDC 수요가 매우 높지만, 미국 등 글로벌 시장이 훨씬 크기 때문에, 미국 등의 해상풍력 성장 가능성에 배팅한다면, LS 전선 (상장사는 LS)을 공부해보는 것도 좋을 것 같다. 또 하나의 병목으로는 HVDC 케이블을 깔 수 있는 포설선의 수량도 너무 적다는 점이 있도 주목할 부분이다.

LS전선의 VCV

 해저 HVDC 케이블이 아니라 원전, 육상풍력, 가스 등의 케이블도 AI DC 시장에서 볼륨을 키워나가고 있다. LS 그룹에서는 가온전선에 해당 시장을 밀어주고 있으며, 가온전선은 지금 미국 배전망 현대화(노후 가공선→지중 케이블 교체) 및 데이터센터 배전 수요를 직접 노리고 있다. 특히, 배전에서 쌓은 레퍼런스를 바탕으로, AI DC의 버스덕트 시장으로 진입하고 있다. 버스덕트는 수백 가닥 전선 대신 금속 케이스 안에 판형 도체를 넣어 대용량을 압축 분배하는 '굵은 전력 동맥'으로, AI 데이터센터 건물 안에서, 들어온 전력을 서버 랙까지 나눠주는 내부 전력 고속도로 역할을 한다. 가온전선은 메타와 5년 최대 4조 원 규모의 버스덕트 직납 계약을 맺었으며, Vertiv 등 해외 업체들의 영향력이 매우 큰 AI DC의 전력 분배 시장으로 본격적인 사업 확장을 진행 중이다. 개인적으로는 의미 있다고 생각하는 부분은 국내 업체들이 AI DC 바깥의 전력 시장에 머물렀다면, 이제는 AI DC 건물 내부로 사업이 확대되고 있다는 점이다. 이는 단순히 포트폴리오가 늘어났다가 아니라, AI DC의 시스템 설계의 주요 벤더로 자리매김할 수 있는 시작점이라고 생각된다.

 

<변압>

송전 고전압을 DC가 쓸 수 있게 단계적으로 낮춰주는(step-down) 장치인 변압기도 큰 병목으로 지적되며, 여러 국내 기업들 (HD현대일렉트릭·효성중공업·LS일렉트릭)이 수혜를 받았다. 미국 대형 변압기 납기가 표준품 128주(약 2.5년), 발전기용은 144주, 초고압 고용량은 최대 4년까지 늘어나, 2026년 미국 데이터센터 계획의 절반 이상이 변압기·전력기기 부족으로 지연·취소됐다. 항상 드는 생각이지만, '그냥 만들면 되지 않나...?'를 해소하기 위해, 정리하면, 핵심 소재와 공장 캐파 및 부족한 숙련공이 병목이다. 변압기 철심에 들어가는 특수강인 방향성 전기강판 (GOES)을 생산하는 기업이 제한적이다. GOES는 결정 방향(Goss 조직)을 극도로 정밀하게 맞춰야 해서 냉간압연·소둔·코팅을 여러 번 거치는데, 얇고 고투자율인 최고급 등급은 일부 기업들만 생산이 가능하다. 

 또한, 초고압 변압기는 표준 찍어내기가 아니라 프로젝트별 설계·주문제작이 필요한 제품으로 권선 감고·절연하고·건조하고·시험하는 데 수개월이 필요하다. 전압/용량이 정해지면 끝일 것이라고 생각했지만, 변전소마다 고장 전류의 크기/다른 변압기와의 부하 분담 등으로 임피던스 값이 다르기 때문에 권선 배치/간격 등이 달라진다. 또한, 주변의 온도/고도, 발주처 표준 등에 따라서 별도의 설계가 필요하고, 이에 맞는 생산은 그때그때 이루어져야 한다. 이런 이유로 공급이 수요를 따라가지 못하고 있으며, 국내에서는 이미 풀캐파 생산이 이루어지고 있으며, 국내 변압기 3사의 영업이익률은 계속 좋아지고 있다. 구조상 변압기의 표준화만 이루어져도 생산 자동화 등으로 병목이 어느 정도 해결될 것으로 생각했는데, 업계도 AI DC 향 표준 설계를 통해 납기를 줄이려는 시도를 하고 있다고 한다. 다양한 환경인 그리드 측 변압기는 표준화가 힘들 수 있지만, AI DC 쪽 변압기의 병목만 어느 정도 해결되면, BTM 등을 활용하여 병목이 풀릴 여지도 있지 않을까 싶다. (이 구간에서 변압기 3사의 생산 병목도 풀리면 실적 성장도 빠르게 올라올 수도 있을 것 같다.)

 

<AI DC 내부 전력>

 이 부분은 저번 Computex 후기 [3]에서 어느 정도 정리를 해놓았기 때문에 언급만 하고 넘어가려 한다. 랙 전력 밀도가 높아짐에 따라서, 여러 시스템의 변경 (e.g., 800V)이 필요하고, 이를 위한 전력반도체 업체 및 전력 분배 업체들의 연구 개발 및 사업화가 각광받고 있다. 특히, 해외에서는 Infineon, TI 등 전력반도체 업체와 Vertiv, Eaton 등 AI DC 내 전력 시스템 업체들의 사업을 주목할 필요가 있을 것 같다.

 

<Conclusion>

 오늘은 AI 시대의 에너지 병목에 대해서 정리해보았다. 정리하면서 다시 한번 느꼈지만, 에너지 Value-chain 전체적인 병목이 심각한 것 같다. 에너지 병목은 이미 널리 알려진 부분이고, 많은 수혜주들의 주가가 이미 많이 올랐기 때문에 살짝 뒷북치는 성격의 정리 글일 수도 있다. 하지만, 다음 병목을 찾기 위해서는 현재의 병목을 정확하게 파악하고, 어느 구간은 정책적으로 풀릴 수 있는 영역인지, 어느 구간은 현실적으로 단기간에 풀리기 힘든 영역인지를 분석해야 할 것으로 보인다.

 개인적으로 '에너지 발전'의 영역은 원전/풍력 등 제도적으로 풀릴 수 있는 구간이라고 생각된다. (물론 정치적인 영역이 가장 쉽게 풀릴 것 같으면서도, 가장 어려운 영역이라는 것은 동의한다.) DC 내부 전력은 랙 전력밀도가 높아지기 전인 현재 단계의 랙 구성에서는 단기적인 병목이 크다는 생각은 아직 들지 않는다. 배전 구간 및 변압기도 AI DC가 늘어남에 따라 변압기 표준화가 이루어진다면 어느 정도는 해소될 영역으로 보인다. 단, 송전 구간은 포설선 부족, VCV 건설 등의 이유로 시간이 조금 더 걸릴 것으로 예상된다. 물론, 미국처럼 BTM와 그리드 연결을 적절히 조합한다면, 병목인 구간과 상대적으로 병목이 풀린 영역의 조합을 통해 공급이 원활해질 것으로 보인다. 국내도 AI 경쟁력을 갖추기 위해서 AI DC 건설을 하고 있는데, 정치적인 결정보다는 국내 환경과 병목에 맞는 에너지 인프라 설계가 필요해 보인다. (아래는 오늘 쓴 글을 도식으로 그려달라 해서, 정리한 내용)

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Reference

[1] https://www.fnnews.com/news/202606171429254669

'미운오래 새끼' 버스덕트 날아올랐다...가온전선, 美서 반년간 5.2조 수주몰이

[2] https://www.thecommoditiesnews.com/news/articleView.html?idxno=11377

LS전선 미국 수직연속압출시스템(VCV) 타워 착공 - CNews

[3] https://engineering-ladder.tistory.com/183

Computex 2026 Review