지난해까지만 해도 AI 투자라고 하면 당연히 반도체부터 떠올렸습니다. 엔비디아, SK하이닉스, 삼성전자 같은 이름들이 가장 먼저 머릿속에 떠올랐죠. 그런데 요즘 들어서는 생각이 조금씩 달라지고 있습니다. 아무리 좋은 칩이 많아도 결국 전기가 없으면 아무것도 돌아가지 않는다는 사실을 실감하게 됐기 때문입니다. 실제로 미국이 전력 부족 문제로 석탄 화력발전소까지 재가동하고 있다는 소식을 접하고 나니, 원전과 전력 인프라 산업이 왜 계속 주목받는지 이해가 되기 시작했습니다.
미국의 전력 부족 현실과 AI 산업의 딜레마
저도 처음에는 미국이 전력 문제로 어려움을 겪고 있다는 얘기가 잘 믿기지 않았습니다. 그런데 직접 관련 자료들을 찾아보니 상황이 생각보다 심각했습니다. 미국은 현재 AI 데이터센터 확산으로 인한 전력 수요 급증을 감당하지 못하고 있습니다. 심지어 환경 규제로 폐쇄했던 석탄 화력발전소까지 다시 가동하고 있을 정도입니다.
여기서 핵심은 전력 품질(Power Quality)입니다. 전력 품질이란 전기의 주파수와 전압이 일정하게 유지되는 정도를 의미하는데, 데이터센터에서는 이것이 특히 중요합니다. 태양광이나 풍력 같은 재생에너지는 날씨에 따라 발전량이 들쭉날쭉하기 때문에 전력 품질이 불안정할 수 있습니다. 반도체 장비는 이런 불안정한 전력을 공급받으면 오작동하거나 손상될 위험이 있죠.
트럼프 대통령이 빅테크 CEO들에게 "전력은 알아서 확보하라"라고 말한 것도 이런 맥락입니다. 메타, 구글, 아마 zon 같은 기업들은 이제 데이터센터를 지을 때 발전소까지 함께 건설하는 패키지 투자를 진행하고 있습니다. 투자 규모를 얘기할 때도 달러 금액이 아니라 기가와트(GW) 단위로 표현할 정도로, 전력 확보가 사업의 핵심이 되었습니다.
실제로 일론 머스크의 XAI 데이터센터는 두산에너빌리티로부터 가스터빈 5기를 수주했습니다. 가스터빈(Gas Turbine)은 천연가스를 연료로 사용해 터빈을 돌려 전기를 생산하는 발전 설비인데, 건설 기간이 짧고 출력 조절이 빠르다는 장점이 있습니다. 테슬라 입장에서는 원전이 지어질 때까지 기다릴 수 없으니 우선 가스터빈으로 전력을 확보하는 전략을 선택한 것입니다.
두산에너빌리티와 가스터빈 수출의 의미
두산에너빌리티가 XAI에 가스터빈을 납품하게 된 배경에는 납기 경쟁력이 있습니다. 글로벌 가스터빈 제조사는 GE, 지멘스, 미쓰비시 등 손에 꼽을 정도로 적은데, 이들 업체는 주문을 받으면 납품까지 3~4년이 걸립니다. 반면 두산에너빌리티는 6개월에서 1년 안에 납품이 가능하다고 제안했고, 급한 불을 끄려는 테슬라 입장에서는 선택의 여지가 없었습니다.
저는 여기서 중요한 건 단순히 이번 수주가 아니라, 이것이 미국 시장 진입의 발판이 될 수 있다는 점이라고 봅니다. 테슬라가 두산 제품을 실제로 사용해 보고 성능에 만족한다면 업계 내에서 레퍼런스가 될 것입니다. 테슬라 규모의 데이터센터라면 앞으로 최소 15기 이상의 가스터빈이 추가로 필요할 것으로 예상되는데, 이는 곧 지속적인 수주로 이어질 가능성이 높습니다.
가스터빈 발전에는 보조 설비도 필요합니다. 가스터빈에서 전기를 생산하고 남은 폐열로 물을 끓여 추가 발전을 하는 복합 사이클 발전(Combined Cycle) 방식을 사용하기 때문입니다. 이때 필요한 보일러와 열교환기를 만드는 회사가 BH(구 두산중공업)입니다. 많은 분들이 BH를 원전 관련주로만 알고 계시는데, 사실 BH는 발전소에 들어가는 스팀 관련 설비를 전문으로 하는 회사입니다. 원전이든 화력이든 가스터빈이든, 결국 물을 끓여 증기로 터빈을 돌리는 원리는 같기 때문에 BH의 역할이 중요합니다.
전력 산업 관련 주요 기업을 정리하면 다음과 같습니다.
- 발전 설비: 두산에너빌리티(가스터빈, 원전), BH(보일러, 열교환기)
- 수소연료전지(SOFC): 두산퓨얼셀, 블룸에너지
- 에너지저장장치(ESS): LG에너지설루션, 삼성 SDI, 에코프로비엠
- 전력기기: 효성중공업, 현대일렉트릭(변압기)
원전 산업의 부활과 SMR 기술
원전(Nuclear Power Plant)은 우라늄 핵분열 반응으로 발생하는 열로 증기를 만들어 발전하는 방식입니다. 가장 큰 장점은 24시간 안정적으로 대규모 전력을 공급할 수 있다는 점입니다. 반도체 칩을 아무리 많이 확보해도 안정적인 전력 공급 없이는 AI 서비스를 운영할 수 없기 때문에, 결국 원전으로 갈 수밖에 없다는 게 업계의 중론입니다.
문제는 미국에서 원전을 지어본 사람이 거의 남아있지 않다는 점입니다. 1960~70년대에 원전을 대량으로 건설했던 인력들은 이미 은퇴했고, 체르노빌 사고와 후쿠시마 사고 이후 신규 원전 건설이 거의 중단되었기 때문입니다. 미국 전력회사들은 원전 폐기 비용이 너무 많이 든다는 이유로 원전 건설을 꺼려왔습니다.
그런데 지금은 상황이 다릅니다. AI 산업의 폭발적 성장으로 전력 수요가 급증하면서 원전 재가동과 신규 건설이 불가피해졌습니다. 미국 정부는 '제네시스 미션(Genesis Mission)'이라는 프로젝트를 통해 AI 기업들의 전력 확보를 지원하고 있으며, 원전 건설 인허가 절차를 대폭 간소화하고 있습니다(출처: 미국 에너지부).
이 과정에서 주목받는 기술이 SMR(Small Modular Reactor), 즉 소형 모듈 원자로입니다. SMR은 기존 대형 원전보다 규모가 작고 공장에서 모듈 형태로 제작해 현장에서 조립하는 방식이라 건설 기간이 짧고 안전성도 높습니다. 데이터센터처럼 특정 시설에 전력을 공급하는 용도로 적합해서 빅테크 기업들의 관심이 높습니다.
한국은 원전 건설 경험과 기술력에서 세계적인 경쟁력을 갖추고 있습니다. 프랑스, 러시아, 중국 정도가 원전을 지을 수 있는 나라인데, 러시아와 중국은 미국과의 관계상 협력이 어렵고, 프랑스는 건설 속도가 느립니다. 결국 한국이 유일한 대안이 되는 상황입니다. 실제로 한미 양국은 최근 원전 협력을 주요 의제로 논의하고 있으며, 이는 한전기술, 두산에너빌리티, 현대건설, 대우건설 같은 기업들에게 실질적인 수주 기회로 이어질 가능성이 높습니다.
전력 인프라 전체를 보는 시각
저는 원전이나 발전 설비만 보는 것보다, 전력 인프라 전체를 패키지로 이해하는 게 중요하다고 생각합니다. 데이터센터를 운영하려면 발전소만 있어서는 안 되고, 전력을 안정적으로 공급하기 위한 여러 설비가 함께 필요하기 때문입니다.
먼저 변압기(Transformer)입니다. 발전소에서 만든 전기는 전압이 너무 높아서 그대로 사용할 수 없습니다. 이를 적절한 전압으로 바꿔주는 장치가 변압기인데, 특히 765kV급 초고압 변압기는 만들 수 있는 회사가 전 세계에 몇 개 없습니다. 한국에서는 효성중공업과 현대일렉트릭이 이 기술을 보유하고 있습니다.
변압기는 내부가 구리선으로 빼곡하게 감겨 있는 구조인데, 이 작업을 로봇으로 할 수 없고 숙련된 기술자가 직접 손으로 감아야 합니다. 그래서 공장을 증설해도 생산량을 빠르게 늘리기가 어렵습니다. 수요는 폭발적으로 증가하는데 공급은 따라가지 못하는 상황이 계속되고 있어서, 효성중공업과 현대일렉트릭은 계속해서 증설 투자를 진행하고 있습니다.
다음으로 ESS(Energy Storage System), 즉 에너지 저장 장치입니다. 발전소에 문제가 생기거나 전력 수요가 갑자기 급증할 때를 대비해 전기를 저장해 두는 설비입니다. 데이터센터처럼 24시간 안정적인 전력 공급이 필수인 시설에서는 ESS가 반드시 필요합니다.
ESS 시장에서는 LG에너지설루션이 가장 강합니다. LG에너지설루션의 ESS 매출 비중은 전체의 약 10% 수준인데, 이것이 20%까지만 올라가도 영업이익 기여도는 40% 가까이 될 것으로 예상됩니다(출처: 한국에너지공단). 전기차용 배터리는 영업이익률이 8% 정도인 반면, ESS는 20% 이상의 수익성을 보이기 때문입니다. 게다가 ESS는 자동차 업체와 합작법인을 만들 필요 없이 단독으로 사업을 진행하기 때문에 이익을 나눠 가질 필요도 없습니다.
마지막으로 전력망입니다. 아무리 전기를 많이 만들어도 이를 필요한 곳까지 안정적으로 전달할 수 있는 송배전 인프라가 없으면 소용없습니다. 미국은 낡은 전력망 문제로 정전 사고가 자주 발생하고 있어서, 전력망 현대화에 막대한 투자를 계획하고 있습니다. 여기에는 구리선, 전력 케이블, 차단기 같은 기자재 수요가 함께 증가할 수밖에 없습니다.
제가 직접 여러 자료를 찾아보고 느낀 건, 전력 산업은 하나의 요소만 보면 안 된다는 점입니다. 발전-저장-송배전이 모두 연결되어 있고, 하나라도 병목이 생기면 전체 시스템이 제대로 작동하지 않습니다. 그래서 투자할 때도 특정 종목 하나만 보기보다는, 전력 인프라 전체의 흐름을 이해하고 접근하는 게 필요하다고 생각합니다.
원전은 분명 중장기적으로 가장 중요한 전력 공급원이 될 것입니다. 하지만 원전이 실제로 지어지고 가동되기까지는 시간이 오래 걸립니다. 그 사이에 가스터빈, ESS, 변압기 같은 설비들이 먼저 수요를 받을 것이고, 이후 원전이 본격 가동되면 또 다른 사이클이 시작될 것입니다. 화려하지는 않지만, 결국 미래를 실제로 움직이는 건 이런 기반 산업이라는 생각이 듭니다. 전쟁이나 단기 변동성에 흔들리지 않고, 산업의 본질을 보고 차분히 접근한다면 좋은 기회를 찾을 수 있을 것이라고 봅니다.