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신재생에너지의 미래: SMR과 풍력발전

일일 보고서 2024년 09월 19일
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목차

  1. 요약
  2. AI와 전력 수요 증가
  3. 소형모듈원자로(SMR)의 필요성 및 개발 현황
  4. 두산에너빌리티의 해상풍력발전기 프로젝트
  5. 가스터빈 개발 현황과 도전 과제
  6. 두산에너빌리티의 경영 및 지배구조 변화
  7. 결론

1. 요약

  • 본 리포트는 AI 시대에 급증하는 전력 수요에 대응하기 위해, 소형모듈원자로(SMR)와 대형 해상풍력발전기의 개발 현황을 분석합니다. AI와 데이터센터의 전력 소비가 폭발적으로 증가함에 따라, 이들의 전력 공급원으로서 SMR과 풍력발전이 주목받고 있습니다. SMR은 공간적 효율성과 방사능 유출 위험이 적어 데이터센터의 안정적인 전력 공급원이 될 수 있으며, 두산에너빌리티를 포함한 글로벌 기업들이 적극적으로 개발에 나서고 있습니다. 두산에너빌리티는 10MW급 해상풍력발전기 개발을 통해 국내 저풍속 환경에 최적화된 모델을 선보이며 부품의 국산화율을 높이고 있습니다. 한국을 비롯한 주요국들이 전력 소비 증가와 환경 문제에 대응하기 위해 이 기술들을 어떻게 발전시키고 있는지, 그리고 관련 규제와 시장 전망 등에 대해 조명합니다.

2. AI와 전력 수요 증가

  • 2-1. AI 시대의 전력 소비 증가

  • AI 시대에 전력 소비는 급격히 증가하고 있으며, 데이터센터에서의 전력 소비량이 대폭 늘어날 것으로 예상됩니다. AI 기술 발전으로 인해 데이터센터가 현재 소비하는 전력의 두 배 이상을 사용할 것으로 추정되며, AI 모델 학습과 운영에 막대한 양의 전력이 필요합니다. 예를 들어, 챗GPT-4를 훈련하는 데는 148GWh의 전력이 필요하고, 일반 데이터센터의 6배 수준의 전력이 소요됩니다.

  • 2-2. 기존 에너지 자원의 한계

  • 기존 화석 연료에 대한 의존은 환경 문제를 초래하고 있으며, 대안으로 재생에너지와 원자력이 떠오르고 있습니다. 빅테크 기업들은 AI를 운영하기 위해 원자력 투자를 고려하고 있으며, SMR(소형모듈원자로)이 유망한 대안으로 주목받고 있습니다. SMR은 공간 사용을 최소화하면서도 필요한 전력을 제공할 수 있는 특성으로 인해 새로운 에너지 솔루션으로 각광받고 있습니다.

  • 2-3. 전력 소비 증가의 영향

  • AI의 발전으로 인한 전력 소비 증가가 가져오는 문제는 심각합니다. 전 세계 데이터센터와 AI 관련 전력 소비량이 2022년 460TWh에서 2026년에는 1050TWh로 증가할 것으로 예측되며, 이는 막대한 양의 전력이 필요하다는 것을 의미합니다. 따라서 SMR과 같은 새로운 전력 공급원을 개발하고, 안정성과 효율성을 고려하는 것이 시급한 과제가 되고 있습니다.

3. 소형모듈원자로(SMR)의 필요성 및 개발 현황

  • 3-1. 소형모듈원자로(SMR)의 정의 및 개념

  • 소형모듈원자로(SMR)는 전기출력 규모가 300메가와트일렉트릭(㎿e) 이하의 소형 원자로를 의미합니다. SMR은 일체성 설계로 방사능 물질 유출 위험을 줄이고, 설치 부지 제약이 적다는 장점이 있습니다. SMR은 미국 원자력 회사 ‘뉴스케일’ 및 테라파워와 같은 글로벌 기업들이 개발하고 있는 차세대 에너지원입니다.

  • 3-2. SMR의 장점과 도입 필요성

  • AI 시대의 전력 소비 증가에 따라 SMR의 도입이 필요한 이유는 다음과 같습니다. 첫째, SMR은 기저부하 특성이 뛰어나고, 둘째, 발전소가 차지하는 면적이 작아 설치가 용이합니다. 셋째, 발전소 수명이 40-60년으로 장기적으로 안정적인 전력을 공급할 수 있습니다. 이는 환경 문제와 지속 가능한 에너지원으로서의 역할을 고려할 때 매우 중요합니다.

  • 3-3. 글로벌 SMR 시장 현황

  • 현재 전 세계적으로 80여 종의 SMR이 개발 중이며, 2035년에는 SMR 시장이 최대 630조원 규모로 성장할 것으로 예상됩니다. 미국, 일본, 중국, 러시아 등 주요국들이 SMR 개발 경쟁에 나서고 있으며, 최근 SMR에 대한 관심이 증가하고 있습니다.

  • 3-4. 한국의 SMR 개발 현황과 전망

  • 한국은 2012년 세계 최초로 SMR 표준설계를 인가받았으나, 문재인 정부의 탈원전 기조로 인해 SMR 개발이 둔화되었습니다. 하지만 2028년까지 한국형 i-SMR 개발을 목표로 하여 세부 규제 마련이 진전되고 있습니다. 최근 두산에너빌리티가 SMR 주기기 생산을 위해 전용 공장을 설립했습니다.

  • 3-5. SMR 관련 규제와 인허가 문제

  • 한국의 SMR 인허가 과정은 대형 원전에 적용되는 규제가 그대로 적용되고 있어 어려움이 있습니다. 예를 들어, SMR의 방사선 비상계획구역 반경이 300m인 반면, 대형 원전은 20-30km입니다. 따라서 이러한 규제 정비가 필요하다는 의견이 제시되고 있습니다.

4. 두산에너빌리티의 해상풍력발전기 프로젝트

  • 4-1. 두산에너빌리티의 해상풍력발전기 개발 개요

  • 두산에너빌리티는 국내 풍력 생태계 활성화를 위해 국내 풍력 전문 기업들과 협력하여 10MW급 해상풍력발전기의 기술 경쟁력을 높이고 있습니다. 이를 위해 '한국형 초대형 풍력발전시스템 공급망 원가절감 기술개발'을 위한 국책과제를 추진하고 있으며, 발전공기업 4사와 풍력 전문 중소기업이 참여하는 모델입니다.

  • 4-2. 10MW급 해상풍력발전기의 기술적 특징

  • 두산에너빌리티가 개발 중인 10MW급 풍력발전기는 국내 저풍속 환경에 최적화된 모델로, 평균 풍속 6.5m/s에서도 30% 이상의 에너지를 생산할 수 있는 효율을 가지고 있습니다. 이 발전기의 로터 직경은 205m이며, 블레이드 길이는 100m입니다.

  • 4-3. 국내 풍력 생태계 활성화를 위한 전략

  • 이번 국책과제를 통해 12개 참여 기업들은 10MW급 해상풍력발전기 기술 개발에 협력하여 내년까지 부품의 국산화율을 70%로 확대하고, 2027년 이후 해상풍력 공공단지와 연계한 실증 테스트를 계획하고 있습니다. 이를 통해 풍력발전기 단가를 절감하고 글로벌 시장에서의 가격 경쟁력을 확보할 수 있을 것으로 기대하고 있습니다.

  • 4-4. 부품 국산화율 및 기술 개발 현황

  • 두산에너빌리티는 연구개발 및 공장 증설에 500억 원 이상을 자체 투자할 계획이며, 이 과제는 장비의 신뢰성 시험과 자동화 장비 개발에 집중될 것입니다. 부품부터 풍력발전기, 해상풍력 공공단지까지 연결하는 공급망 구축은 국내 에너지 산업에 큰 의미를 가지게 됩니다.

  • 4-5. 프로젝트의 투자 및 경제적 효과

  • 두산에너빌리티는 한국형 초대형 해상풍력발전기가 품질, 비용, 납기 측면에서 경쟁력을 확보하는 계기가 될 것이라고 발표했습니다. 이 프로젝트는 외산 풍력발전기가 진출하는 국내 시장에서 에너지 안보를 다지는 기초가 될 것으로 예상됩니다.

5. 가스터빈 개발 현황과 도전 과제

  • 5-1. 두산에너빌리티의 가스터빈 R&D 통합

  • 두산에너빌리티는 가스터빈 사업의 중요성을 감안하여 스위스에 있던 유럽 연구개발(R&D) 거점을 창원 본사로 통합하였습니다. 이 결정은 주도적인 R&D 역량을 강화하기 위한 효율화 작업의 일환으로 해석됩니다. 두산에너빌리티는 2013년부터 시작된 대형 가스터빈 개발 프로젝트에서 글로벌 R&D를 활발히 진행하고 있으며, 2023년에는 5년간 7조원의 수주 목표를 설정하였습니다.

  • 5-2. 가스터빈 소재 국산화 노력

  • 두산에너빌리티는 가스터빈의 국산화에 성공하였으며, 370MW급 S2 모델 가스터빈을 개발 중입니다. 이 모델의 소재는 고온에서의 특성을 요구해 기술적 난이도가 높습니다. 가스터빈 제작 시 적용되는 소재의 국산화는 두산에너빌리티가 해외 의존도를 줄이고, 국내 공급망의 확보를 목표로 하고 있습니다. 관련 기업들과의 협업도 진행되고 있으며, 2024년부터 370MW급 모델에 필요한 소재를 적용할 수 있을 것으로 보입니다.

  • 5-3. 기술 개발 및 협력 현황

  • 두산에너빌리티는 국내 22개 대학교 및 국책 연구소와의 공동 개발을 통해 가스터빈 기술을 향상시키고 있으며, 세계 8개 이상의 기술협력 그룹을 구성하여 해외 전문가와의 협업을 진행하고 있습니다. 가스터빈 관련 다양한 시험 및 연구가 진행되고 있으며, 특히 수소와 가스를 혼합하여 태우는 수소 혼소 기술 개발 또한 초점으로 삼고 있습니다.

  • 5-4. 가스터빈 시장 전망 및 도전 과제

  • 가스터빈 시장은 에너지 수요 증가에 따라 확대되고 있으며, 두산에너빌리티는 향후 5년간 국내에서 수주 목표를 7조원으로 설정하고 있습니다. 그러나 사업 확장을 위한 투자 재원 확보, 기술 개발의 지속적인 어려움, 그리고 강화되는 규제 환경이 주요 도전 과제로 남아 있습니다. 또한, 수소터빈 시장의 전망이나 환경단체의 반대 목소리에 대한 대응도 앞으로의 과제가 될 것입니다.

6. 두산에너빌리티의 경영 및 지배구조 변화

  • 6-1. 두산그룹의 지배구조 개편 현황

  • 두산그룹은 지배구조 개편을 위해 세 단계의 계획을 수립하였습니다. 첫 번째 단계로 두산에너빌리티에서 투자회사를 분할해 신설하고, 이 때 두산에너빌리티가 46% 지분을 보유한 두산밥캣을 신설법인에 포함시키는 방식입니다. 두 번째 단계에서는 이 신설법인과 두산로보틱스를 합병할 예정이며, 마지막 세 번째 단계는 두산밥캣의 주식을 두산로보틱스의 신주와 교환하여 두산밥캣을 두산로보틱스의 100% 자회사로 만드는 구조입니다. 그러나 최근 두산그룹은 세 번째 단계의 합병을 철회하고, 첫 두 단계만을 유지하기로 결정하였습니다.

  • 6-2. 주주총회 연기와 그 배경

  • 두산그룹은 원래 예정되었던 9월 25일 주주총회의 일정을 연기하였습니다. 이는 금융감독원이 두산측에 합병 의사결정 과정 및 내용에 대해 보완할 것을 요구함에 따라 주주총회를 진행하기 위한 정정보고서를 제출하지 못하게 되었기 때문입니다. 주주총회 연기가 결정된 후, 향후 일정에 대해서는 추후 이사회에서 논의될 예정이라고 밝혔습니다.

  • 6-3. 경영 정상화 및 성장 전략

  • 두산에너빌리티는 2020년 채권단 체제를 겪으면서 경영 정상화에 돌입하였으며, 박상현 대표이사가 이를 이끌고 있습니다. 그는 부임 당시 유동성 위기 속에서 재무안정화와 사업 성장 계획을 세우고 기존 사업인 원전 및 터빈에 집중할 것을 목표로 하고 있습니다. 또한, 두산에너빌리티는 2022년 BBB를 거쳐 올해 초부터 BBB+ 등급으로 신용 등급이 상승하였으며, 이는 원전사업 환경 개선과 실적 향상에 기여하고 있습니다.

  • 6-4. 주요 실적 및 시장 기대

  • 두산에너빌리티는 2020년 매출 3조4514억원과 영업손실 4731억원을 기록한 이후, 2021년부터 흑자전환에 성공하였습니다. 2023년 기준으로 매출은 6조6519억원, 영업이익은 4549억원으로 증가하였습니다. 자기자본이익률(ROE)은 2023년 -1.73%로 개선되었으며, 반기 기준으로는 -0.91%로 나아졌습니다. 두산에너빌리티는 현재 체코 원전 우선협상대상자로 선정되면서 총 10기 내외의 수주를 기대하고 있으며, 소형모듈원전(SMR)의 수주에서도 긍정적인 전망을 보이고 있습니다.

7. 결론

  • 본 리포트는 소형모듈원자로(SMR)와 대형 해상풍력발전기의 도입이 AI 시대의 급격한 전력 수요 증가를 충족하는 데 중요성을 강조합니다. SMR은 높은 방사능 안전성과 공간 효율성을 특징으로 하며, 두산에너빌리티와 같은 기업들의 사업 확장에서 핵심적인 역할을 하고 있습니다. 해상풍력발전은 친환경적이고 에너지 자립도를 높이는 데 기여하며, 특히 두산에너빌리티의 10MW급 모델은 국내 저풍속 환경에 맞춰 개발되고 있습니다. 그러나 규제 문제와 기술 개발의 어려움, 투자 재원 확보가 주요 과제로 남아 있습니다. 이러한 발견들은 미래의 에너지 전략 수립에 중요한 자료가 될 것입니다. 앞으로 지속적인 연구와 기술 개발을 통해 SMR과 해상풍력발전의 실질적 적용 가능성이 높아지기를 기대합니다.

8. 용어집

  • 8-1. 소형모듈원자로(SMR) [기술]

  • 소형모듈원자로(SMR)는 기존의 대형 원자력 발전소에 비해 방사능 유출 위험이 적고, 부지 제약이 없는 것이 큰 장점입니다. 현재 전 세계적으로 80여종의 SMR 개발이 진행 중이며, AI의 전력 소모 증가에 따라 데이터센터의 전력 공급원으로 주목받고 있습니다. 한국은 한국형 i-SMR을 2028년까지 상용화할 계획입니다.

  • 8-2. 두산에너빌리티 [회사]

  • 두산에너빌리티는 다양한 에너지 사업을 중심으로 활동하는 글로벌 기업으로, 최근에는 SMR 및 해상풍력발전기 개발에 주력하고 있습니다. 또한 가스터빈 설계 및 제작, 경영 정상화와 지배구조 개편 등을 통해 사업 영역을 확장하고 있습니다.

9. 출처 문서