[전력] 전선의 기초 개념, 산업 정리 5분 만에 끝내기
[전력, 240320, 유진투자증권, 전력망의 최전선 전선]
1. 전선은 전력망의 혈관. 전선 산업이 성장한다.
전기는 전력망을 통해 이동한다. 전력망(grid)이란 발전, 송전, 배전, 소비에 이르기까지 모든 설비와 기기들을 총칭한다. 최근 글로벌 온실가스 규제 강화, 신재생에너지 보급 확대, 그리고 AI 기술 발전에 따른 전력 소비량의 폭발적인 증가로 인해 기존 전력망의 구조적 변화가 필수적으로 요구되고 있다.
전력 시스템의 변화를 요구하는 주요 이유는 전기 소비와 생산 방식의 변화이다. 지구 온난화 문제에 대응하기 위해 에너지를 전기의 형태로 생산하고 소비하는 '전기화(Electrification)'가 핵심 원인이다. 전기화는 기존 전력망에 대한 구조적 변화를 수반한다.
▶ 전력망의 변화에 우리가 주목해야 할 분야는 무엇일까?
바로 전선이다. 전선은 전력망의 혈관이다. 즉, 발전소에서부터 우리가 전력을 사용하는 콘센트까지 전류가 흐르는 길이라고 보면 된다. 전선 산업이 과거의 영광에 이어 다시 한번 구조적으로 성장할 것이다.
▶ 이번 전선 사이클의 핵심은 바로 미국의 전력망 재구축에 있다.
미국에서는 1) 전기화 확대, 2) 기존 전력망의 효율성 강화, 3) 신재생에너지의 확대, 4) AI 기술 도입에 따른 전력 소비 증가로 인해 송전망에 대한 투자가 필요하다. 현재 미국 전력망의 70% 이상은 설치된 지 25년이 넘었으며, 전력망은 일반적으로 20~30년 주기로 교체가 필요하다.
그럼 도대체 미국은 송전망을 어느 정도 바꿔야 할까? 2050년까지 넷제로(Net-Zero) 달성을 위해서는 풍력과 태양광 발전소의 확충이 필수적이다. 발전소는 바람이 많이 부는 지역이나 일조량이 풍부한 지역에 주로 건설되는데, 이러한 부지 조건은 제한적이다. 이로 인해 생산된 전력을 수요지까지 연결하려면 고전압 송전 용량을 대폭 늘려야 한다. 구체적으로는 2030년까지 75%, 2050년까지 3.5배 증가가 필요하며, 투자 비용은 2030년까지 약 5,300억 달러(약 700조 원), 2050년까지 2.5조 달러(약 3,300조 원)로 예상된다.
+ 거기에 우리나라 또한 1) 기존 전력망 교체 수요와 2) 신규 전력망 수요가 있다.
전력이 많이 필요한 지역은 수도권인데, 대규모 발전설비(원전, 화력 등)는 지방 외곽에 위치해 있어 장거리 송전 시설을 이용해 생산 전력을 조달하고 있다. 대규모 화력이나 원전은 주로 영남권이나 호남권에 지어지고 있고, 건설 중인 신재생 에너지 발전소 또한 수도권의 비중이 1% 수준이기 때문에 앞으로 송배전망의 확대가 필요하다.
▶ 그렇다면 어떤 전선이, 어떻게 확대될 것인가? 이에 대해 답하기 전에 전선에 대해서 자세히 알아보자.
2. 전선의 기본적 이해
1) 전선의 구조
전선은 크게 도체, 절연체, 차폐로 구성된다. 도체는 전류가 흐르는 경로로 주로 구리가 사용되며, 전선의 핵심적인 역할을 한다. 절연체는 도체로부터 전류가 외부로 누출되는 것을 막아주는 피복이며, 차폐는 외부로 전류가 방출되어 영향을 미치지 않도록 보호하는 역할을 한다. 절연체와 차폐는 주로 PE, PP, PVC와 같은 석유화학 소재로 만들어진다. 여기서 재료 중 가장 큰 비중을 차지하는 것은 구리이다.
전선은 구리 도체의 개수에 따라 단선과 연선으로 구분한다. 심선(Core wire)은 중심에 있는 구리를 의미하는데, 심선이 하나면 단선(Solid wire), 심선이 두 개 이상이면 연선(Standard wire)으로 나뉜다. 이때, 심선의 개수에 따라 1C, 2C, 3C 등으로 구분된다.
2) 제조 공정
전선의 제조 공정은 신선-연선-절연-연합-외장-피복의 단계를 거친다.
신선 공정은 구리 선재를 일정한 굵기로 가공하는 과정으로, 요구되는 규격에 맞춰 인발 가공을 통해 진행된다. 가공된 구리선을 균일하게 꼬아 주는 연선 공정을 거친 후, 도체인 구리선에 절연체(PVC 또는 PE)를 압출하여 씌운다. 이어서 절연체가 입혀진 선재를 결합하고, 외장 공정을 통해 도체와 절연체를 보호한다. 외장은 선이나 테이프 등을 사용하여 외부 충격으로부터 전선을 보호하며, 마지막 피복 공정에서는 제품 정보와 규격이 표시되면서 전선이 완성된다.
3) 전선의 분류와 발전 과정
대규모의 발전 설비가 전국 외곽 곳곳에 분산되어 구축되면, 발전원을 수요지와 연결할 때 기존에 사용하던 것보다 높은 스펙의 전선이 필요하다. 높은 스펙의 전선이란 초고압(154/345kV 이상) 케이블이다.
▶ 왜 초고압이 필요한가?
전력 공식 "P = VI = 𝐼²R"과 옴의 법칙 "V = IR"에 따르면 전압을 높일수록 전류가 감소하고, 이에 따라 저항으로 인한 전력 손실이 줄어든다. 따라서 발전소에서 전기를 생산한 후에는 이를 초고압으로 변환한 뒤 고압 송전 케이블을 통해 변전소로 송전한다.
일반적으로 터빈에서 생산되는 전기는 교류(AC)이다. 교류는 변압이 간단하여 현대 전력망에서 널리 사용되지만, 무효전력이 존재하며 자기장 문제 등이 단점으로 지적된다.
이런 교류의 단점을 보완하기 위해 발전된 기술이 바로 초고압직류송전(HVDC)이다. 이 기술은 발전소에서 생성된 교류 전기를 직류(DC)로 변환하여 송전하는 방식이다. 현재 우리나라에서는 육지와 제주도를 연결하는 송전 방식에 HVDC가 활용되고 있다.
▶ 늘어나는 전선 수요에 더불어, 전력원들이 분산되면서 연결시켜야 하는 전선의 기본 길이가 늘어나고 있다. 이에 HVDC 케이블의 필요성이 점점 커지고 있다. 케이블의 가격은 전압이 높을수록, 단면적이 클수록, 길이가 길어질수록, 심선(Core)이 여러 개 일수록 비싸진다. 전선의 가격이 비싸지고 있고, 이에 따라 전선 업체의 수익성이 거듭 좋아지고 있는 실정이다.
3. 전선 업체의 생산 구조&관련 업체
전선 제조업체들은 일반적인 생산량을 톤이나 미터 단위로 공개하지 않는다. 대신 분기 또는 연도에 따른 생산 능력은 단가, 가동시간, 작업 가능 일수를 고려하여 공시된다. 전선업체들은 1) 나동선, 2) 전력선, 3) 통신선, 4) 권선을 제품 포트폴리오로 가지고 있다. 물론 제품 외에도 상품을 판매하거나, 전기 공사 시공을 진행하기도 한다. 주요 제품 4가지 전선의 특징은 다음과 같다.
1) 나동선: 전력선의 원재료로 사용되며 기본적인 전선 제품이다.
2) 전력선: 중저압부터 초고압까지 다양한 용도의 전력 송전 케이블을 포함한다.
3) 통신선: 동축 케이블로 전기 신호를 전달하거나 광케이블로 데이터를 전송한다.
4) 권선: 중전기, 자동차 부품, 가전제품 등에 사용되며, 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 모터 내부 코일에 활용된다.
전선업체들이 공시에서 보여주는 생산능력과 생산 실적은 (정상 가동 시 시간당 생산량) × (1일 가동시간) × (작업 가능일수) × (평균 단가)로 이루어져 있다. 현재 전선 업체들은 가동률이 꽤 타이트한 상황이다.
▶ 이러한 상황에 재생 에너지 발전이 늘어나면, 즉 분산형 전원이 늘어나게 되면 전선의 Q가 늘어난다. 현재의 전력망은 중앙집중형 네트워크이나, 다양한 규모의 신재생발전원이 들어오게 되면 수평적 네트워크가 구성되게 된다. 타이트한 가동률을 유지하고 있는데, 수요가 늘어나니 전선의 구조적 성장 사이클이 도래하게 되는 것이다. 따라서 국내에선 전선 4사, LS전선, 대한전선, 가온전선, 일진전기에 주목할 수 있다.
전선 산업을 이해하고, 투자하는데 정말 좋은 보고서입니다!
꼭 한번 읽어보시고 관련 기업 내용을 자료를 참조해 보세요.