1. 개화준비완료한 ESS 관심가져야할시기도래 2013 년하반기에우리가다시 ESS 에관심을가져야하는이유는 ESS 산업이지난 3~4 년간의준비기간을거쳐본격개화할준비가완료됐다고판단하기때문이다 년에주로시작된상당부분의 LiB 기반의 ESS 실증사업이 3 년이상의실증

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상연 형
6 years ago
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1 Sector comment Korea/ Energy 14 August 2013 ESS Part.1 부족한전력을채우는 ESS Related stocks Company Rating Price TP( 원 ) 삼성 SDI ( KS) BUY 162, ,000 LG 화학 ( KS) BUY 287, ,000 포스코켐텍 ( KS) NR 136,500 일진머티리얼즈 ( KS) NR 17,050 포스코 ICT ( KS) NR 9,410 LS 산전 ( KS) NR 63,800 효성 ( KS) NR 74,900 ( 주 : 8월 12일종가기준 ) ESS 시장전망 LiB ESS 시장개화기도래에주목리튬이온전지 (LiB) 를이용한 ESS 시장의본격개화기도래에주목해야함. 1) 미국의유틸리티업체등을중심으로실증을시작한지가 3 년이넘으면서안정적으로운영이되는것이확인되고, 2) 연간 2 조원의 xev 용 LiB 시장이형성되면서대형 LiB 의원가가 500 USD/kWh 로낮아짐에따라 UPS 등에서가격경쟁력을갖추기시작했으며, 3) 태양전지및풍력발전비중이크게증가하여전력망의안정성을확보해야하는요구가발생하고있기때문임. ESS 용 LiB 배터리셀시장은 UPS 및주파수조정예비력대체를위한실증프로젝트등을중심으로 2013 년 3 억달러시장이형성될것이고 2015 년에는 20 억달러이상으로빠르게성장할것으로기대함 년에는 500 억달러수준으로성장하며전체 LiB 셀시장성장의견인차역할을할것임. ESS 의경쟁기술중 LiB 가주도권을잡게될것으로전망함상용화가가능한 ESS 기술은 LiB, 납축전지, NaS, Flow Battery, Super Capacitor, Flywheel, CAES(Compressed Air Energy Storage) 및양수발전등이있음. LiB 는가격을제외한대부분의요구되는특성에서특별하게나쁜것이없기때문에 ESS 시장을주도하는기술이될것임. LiB 의가장큰단점인가격은시장이확대되면서해결될수있으나다른기술들의단점은극복하기어렵기때문에사용처가제한될수밖에없을것임. 납축전지및 NaS 방식의경우에는비용측면에서는 LiB 대비 30~40% 수준가격이낮지만순간출력을높일수없어단기간에고출력을공급해야하는단주기 ESS 에는적용이거의불가능함. Super Capacitor 및 Flywheel 은고출력특성은좋으나저장시간이과도하게짧아독립적으로는 ESS 로활용할수없는단점이있음. 이와같이단점이치명적이기때문에사용처가제한될수밖에없고이는결국규모의경제경쟁에서밀리는요인이될것으로보임. 자료 : 미래에셋증권리서치센터 경제적파급효과높아각국정부에서도도입에관심높을것임 ESS 시스템에서배터리셀이차지하는비중은 35% 이고 BMS 및 PCS 등전력기기가차지하는비중이배터리셀과유사한 35% 로높고 ESS 를설치하기위한배전및통신설비공사등이나머지 30% 를차지함. 이와같이 ESS 는배터리셀업체에게만수혜가있는산업이아니고셀을제외한나머지의부가가치가셀시장의 2 배에이르고있어경제적인파급효과가높을뿐아니라발전설비의효율화제고를통한비용절감까지가능해각국정부에서도입을가속화할것임. 일본도 210 억엔의예산을책정하여도입비용의 1/3 까지지원하는정책을시행하고, 미국의캘리포니아의경우에는피크전력의 2.25% 를설치의무화하려는움직임이있으며, 독일도 2014 년까지 2 억유로를투자하여 ESS 개발을가속화하려는의지를보이고있음. 이학무, Analyst hmlee@miraeasset.com 정윤미 yoonmi.jung@miraeasset.com 배터리업체와시스템업체수혜가상대적으로높을것임삼성 SDI 및 LG 화학은 ESS 시장이현재 LiB 시장의 4 배로성장하는수혜가있고 BMS 를포함한팩및시스템사업으로확장할수있는기회를감안할때 ESS 시장개화의가장높은수혜를기대할수있음. 배터리셀뿐만아니라 BMS, PCS 및 EMS 도 ESS 에서는주요한역할을담당한다는측면에서포스코 ICT, 효성및 LS 산전등 ESS 개발에주력한시스템통합업체및전력기기업체의수혜도높을것임. 시장이크게성장한다는측면에서 LiB 재료업체도수혜가예상되지만단가인하압력이높은것을감안할때점유율을확대하는업체 ( 포스코켐텍및일진머티리얼즈 ) 및기술경쟁력이높은업체 ( 후성 ) 등을중심으로매수할것을추천함. See the last page of this report for important disclosures

2 1. 개화준비완료한 ESS 관심가져야할시기도래 2013 년하반기에우리가다시 ESS 에관심을가져야하는이유는 ESS 산업이지난 3~4 년간의준비기간을거쳐본격개화할준비가완료됐다고판단하기때문이다 년에주로시작된상당부분의 LiB 기반의 ESS 실증사업이 3 년이상의실증기간을지나면서도큰문제점이발견되지않아기술적으로문제가없음이확인되고있다. 주파수조정예비력을대체하는 ESS 는발전소를대체하는것이기때문에설치비에대한부담은없었다. 그러나전력망을조정해주는중요한역할을해줘야하기때문에문제없이운영이될수있다는것을확인시켜주는과정이필요했던것이다. 지난 3~4 년의시간이지나면서폭발하거나작동이멈추면서심각한문제를일으킨실증이없었기때문에점진적으로도입될수있을것으로전망한다. 국내에서도전력연구원에서 8MWh ESS 를설치하여실증을진행하고있으며전력거래소에도주파수조정예비력을대체할 ESS 도입을위한실증및검토를진행하고있다. 물론해외보다실증시기가좀늦긴하지만해외실증을참고하여실증기간을단축할수있는것을감안하면한국전력이 ESS 를도입하게되는것은그리오랜시간이걸리지않을것이다. Figure 1 주요국가별실증내역 국가사업명총괄기관 ESS 종류 / 규모사업모델정부지원 / 특기사항 한국 제주 SG 실증 (Smart Place) '09-'13 Sk, KT, LG, 한전등 3kW~30kWh 급다수 Load-Leveling, Peak-cut 제주 SG 실증 (Smart transportation) '09-'13 한전 150kWh 충전소보조 제주 SG 실증 (Smart Renewable) '09-'13 한전, 현중, 포스코 35kW~1MW 다수풍력보조 - 에너지기술평가원전담으로 1:1 매칭사업 -Project 당 200 억 ~300 억규모 - 에너지기술평가전담으로 1:1 매칭사업 -Project 당 200 억 ~300 억규모 - 에너지기술평가전담으로 1:1 매칭사업 -Project 당 200 억 ~300 억규모 10kWh급 LiB ESS 대구실증 '10-'14 삼성SDI 3kW/10kWh 100가구 Load-Leveling, 태양광연계 UPS 기능구현 -280억원 1:1 매칭 삼성 SDI 구내자체 ESS '12 삼성SDI 1MW/1MWh LiB Load-Leveling, Peak-cut -삼성 SDI 자비설치, 전기요금절감목적 스마트그리드보급지원사업 '12 KT ( 효성등 ) 250kW/500kWh Load-Leveling, Peak-cut 신재생에너지연계형 LiB 조천변전소실증 '11-'14 한전 4MW/8MWh 고창변전소 ESS 실증 '14 한전주도 ( 베터리 3 사, PCS3 사 1 차소집완료 ) 50MW/36MWh Load-Leveling, Peak-cut 풍력보조 군산해상풍력보조, Load-Leveling, Peak-cut -SG 사업단전담기관 - 구리농수산물센터에 월설치완료 -263 억원 1:1 매칭 한전주도 ( 삼성테크원, CAES 군산 ( 새만금 ) 해상풍력연계실증 '14~ 두중, 4개국책연구소등 ) 100MW 군산해상풍력보조, Load-Leveling, Peak-cut Home Battery Pilot Program LiB 3kW/10kWh SEC 구내연구동가정용태양광 ( 실증단계 ) -LG화학이 ESS 전체를납품 Beacon Power 20MW Smart Energy Matrix-Stephenstown, NW, '11 플라이휠 20MW*15 분 NYISO Stephentown 주파수조정풍력보정 - 총사업비 69M$ (800 억원 ) -43M$ (490 억원 ) DOE 융자 파산선언이후운영지속예정 AES-A123 20MW AS Demo in New York, '10~'11 LiB 20MW/5MWh NYISO Johnson City 주파수조정전압조정 - 총사업비 22.3M$ (260 억원 ) -17.1M$(195 억원 ) DOE 지급보증 Metlakatla Lead Acid Battery Project 1997 미국 Xtreme Power- Kaheawa Wind Power Project '11 납베터리 1MW/1.4MWh Adv. 납 1.5MW/1MWh 알래스카 Metlakatla 하와이 Maui 주파수조정전력품질, 예비력 풍력증감발률완화 Peak 이전 - 총사업비 2.3M$ (28 억원 ) Xtreme Power- Kaheawa Wind Power Project '11 Adv. 납 15MW/10MWh 하와이 Oahu 풍력증감발률완화 Peak 이전 -117M$ (1400 억원 ) DOE 지급보증 -30MW 풍력의증감발률을 ±1MW 로유지 A123 H-APU Demo'08 Lib 2MW/500kW CAISO Huntington-Beach 주파수조정 - 총 3.15M$ (38 억원 ) -PCS $1,200/KW, Lib $1,500/kWh AES-A123 Laurel Cayon Wind ESS Project '11 Lib 32MW/8MWh PJM West Virginia 주파수조정, 풍력보정 - 사업비보안 -Round-Trip AC 효율 89% Ford-Detroit Edison Battery and Solar PV Integration Project Adv. 납 750kW/2MWh MISO Ford 자동차미시간공장 주 ) 태양광보조부 ) 주파수조정 - 총 5.8M$ (70 억원 ) - Round-Trip AC 효율 80~85% NaS Battery Installation at Ibaraki Prefecture 2011 NaS (NGK) 2MW/12MWh TEPCO Ibaraki Prefecture - 이바라키현에서 2MW 전체화재발생 - NGK 고객들이예약된주문모두취소한계기 일본 Mitsubishi Heavy Industries' Large-capacity Transportable 2011 LiB 1MW/0.408MWh Nagasaki Japan 비상전원풍력보조 - 일본의첫번째대형이동형 ESS 개발품 (NaS 폭발로취소 ) Rubenius (Proposed) NaS (NGK) 1GW/8GWh Mexicali-Mexico (Slicon Border's SciencePark) -$4billion 7년구축 2 2

3 ESS 도입의가장큰걸림돌이되던가격도대형 LiB 의원가가 30% 가까이하락하면서 UPS 용배터리영역등에서가격경쟁력을갖기시작한것으로판단한다. UPS 의경우에는용량보다는출력이더욱중요하기때문에용량당가격보다는출력당가격이더의미가있다. 현재 1 시간대응할수있는 LiB 의출력당가격은 500 USD$/kW 로납축전지와비슷한수준까지하락하였다. 이는 xev 용 LiB 시장이 2012 년에이미 20 억달러규모로커지면서대형 LiB 의용량당원가가 500 USD/kWh 수준으로낮아진것에주로기인한다. 가격이외의다른특성에서는 LiB 가납축전지보다우위를보이고있는것을감안하면이제는본격적으로 UPS 용배터리시장을대체하기시작할것으로기대해본다. 태양전지를포함한신재생발전의비중이증가하게되는것도 ESS 의도입을가속화하는것에크게기여할것이다. 지난 3 년간추가로설치된태양전지발전이 80GW 에이르고있고독일의경우에는전체발전설비의 20% 가태양전지가차지하고있다. 태양전지발전은구름등의영향으로출력이급격하게변화하기때문에전력망의안정성을떨어뜨리고있어 ESS 등을도입하여이를보완해줘야하는요구가커지고있다. 독일의경우에는국가적인차원에서 ESS 도입을통한전력망의안정성을확보하기위해서 2 억유로를투자해서 ESS 개발을가속화하고있고태양전지와연관된 ESS 의설치에는설치비의 30% 를보조하고있다. 일본도원전사고이후부족한전력을태양전지로대체해나가는과정에서 ESS 도입을지원하고있다. 국내에서도 ESS 의도입이본격화할움직임은이미감지되고있다. 최근정부에서피크전력부하를줄이기위해서시간차등요금제시행을고려하고있다고발표한것등은 ESS 도입에큰기여할할수있을것으로보고있다. 올해 1 월에삼성 SDI 는효성중공업과협력하여피크전력감축을통한부하감소및전력요금절감을목적으로 1MWh ESS 를설치하여사용하고있는데현재의전력요금체계로는연간 1.1 억원을절감할수있다. 이정도규모의 ESS 가 15~20 억원정도하는것을감안하면 10 년이지나도투자비를회수할수없게된다. 그러나시간차등요금제를도입하여전력피크시간인오전 10~12 시및오후 2~5 시에는현재보다 2 배로전력요금을부과하고부하가낮은새벽시간에전력요금을 50% 할인하는것으로가정하면전력요금절감효과는 4 배로커져연간 5 억원가까이절감이가능할것이고 ESS 투자비는 3~4 년이면회수할수있게된다. Figure 2 국가별정책동향 국가 ESS 도입보조금확정 (2012/03) * 예산 : 210 억엔 * 주관처 : 경제산업성 ESS 관련동향 * 보조금 : 도입비용의최대 1/3 지급 ( 가정용 100 만엔, 법인용 1 억엔한도 ) 일본 * 기간 : 2012/04~2014/03 ( 예산소진시지급중단 ) 지방자치단체별 ESS 보조금지급 * 도쿄 : 중소기업대상으로 ESS 도입시도입비용의최대 2/3 지급 (2 천만엔한도 ) * 사이타마현 : 가정용 ESS 1kWh 당 5 만엔지급 ( 최대 20 만엔 ) 태양광, 연료전지연계시 10 만엔추가지원 Self-Generation Incentive Program (SGIP) * 캘리포니아주정부인센티브프로그램 (2011 년 ~) 미국 * 2011 년 PV 연계 ESS 대상최대 $2.0/W 지급 Peak 발전량에따른 ESS 도입법안 (AB2514) *~2014 년 : 피크전력의 2.25% 설치의무화 *~2020 년 : 피크전력의 5% 로상향 EU 차원의 [ ] Project 추진 (2008/12~) 유럽 * 2020 년까지에너지효율 20% 증가, CO2 20% 감소, 신재생에너지 20% 확대목표 독일, ESS R&D 분야에 2014 년까지 2 억유로투자 (2011/5) * ESS 용 LIB 등분야의연구비최대 50% 지원 3 3

2. BMS, PCS 및 EMS 등비배터리셀에도높은부가가치가있는 ESS ESS 에서배터리셀이자치하는비중은생각보다낮은 35% 정도에불과하고나머지 65% 는 BMS 를포함한팩, PCS(Power Conditioning System) 및 EMS(Energy Management System) 와배전및통신설비공사등으로구성된다.

4 2. BMS, PCS 및 EMS 등비배터리셀에도높은부가가치가있는 ESS ESS 에서배터리셀이자치하는비중은생각보다낮은 35% 정도에불과하고나머지 65% 는 BMS 를포함한팩, PCS(Power Conditioning System) 및 EMS(Energy Management System) 와배전및통신설비공사등으로구성된다. ESS 는대용량배터리가대규모로모여있고대규모전력의입출력이있기때문에 IT 기기에사용되는 BMS 보다는훨씬기술적인난이도가높다. BMS 는기본적으로각각배터리의전압, 저항및온도등을체크하여배터리셀의안정화여부를판단하고대규모배터리가연결되어있어배터리팩의성능향상을위해서셀간에밸런싱을맞춰주고문제가발생할때전력을끊어버리는등의보호기능을제공한다. 좋은 BMS 를만들기위해서는배터리셀의특성을잘알고있어야한다는측면에서삼성 SDI 및 LG 화학과같은배터리셀업체가경쟁우위가있을수있다. 그러나전력의특성을잘알고오랫동안전력기기를제작한업체에게도새로운기회가되는시장이될것이다. PCS 의주요한기능은직류와교류를변환해주는것이핵심기능이다. 배터리는직류로저장되어야하지만우리가사용하는전력은교류이기때문에저장할때는교류를직류로변환시켜주어야하고다시사용할때는직류를교류로변환시켜주는것이필요하다. 직류와교류를상호로변환시켜줘야하는요구는 ESS 이전에도이미있었기때문에전통적으로전력기기에서우위를보이고있는업체들이주도하고있는분야이다. PCS 도전체 ESS 에서비용으로차지하는비중이 20% 에달하는주요한부품으로 ESS 시장의성장에전력기기업체의큰수혜를기대할수있다. EMS 는전력망과부하를모니터링하여 ESS 가적기에작동하고충전할수있도록제어하는컴퓨터시스템이다. ESS 는그사용용도에따라서충전시기와방전시기에차이가있게되는데이를프로그램화하여컴퓨터가제어하게되는데이를 EMS 라고하는것이다. EMS 에경쟁력을가지기위해서는전력망의특성을잘이해하고있어야하고사용되는부하의특성을잘알고있어야한다. 포스코와같은공장에설치가되면철강공장의전력사용에대한패턴등을잘인지하고있어서특정한경우에적절히 ESS 가대응하도록프로그래밍해야하는것이다. 이것이 ESS 가누군가독식하기어려운사장이되는요인으로본다. Figure 3 ESS 의구성 4 4

5 년 20 억달러로빠른성장기대되는 ESS 용 LiB 시장 ESS 용 LIB 시장은하반기부터개화하기시작하여향후 500 억달러의규모를형성할수있을것으로전망한다. 대형 LiB 의원가하락으로 ESS 의도입이경제성을갖기시작한영역은주파수조정예비력을대체하는시장과기존 UPS 를대체하는시장이다. 주파수조정예비력은순간적으로변하는전력의수요에맞춰공급을조정해주기위해서할당한발전설비를이야기하는것이다. 전력은저장을할수있는방법이없기때문에순간적으로변화하는수요에대처하기위해서가동되고있는발전기의출력을일정부분남겨놓고있다가순간적으로변화하는수요의증감에대응하는방법을쓸수밖에없었다. 국내만해도 1,500MW 의발전설비를주파수조정예비력으로할당하고있어실질적으로전력을공급할수있는능력은그만큼낮아지게되는것이다. 1,500MW 정도의발전설비를갖추려면일반적으로 15 억달러의투자가필요한것을감안하면경제성측면에서도입가능성은주파수조정예비력을대체하는 ESS 가될수있다. 특히, 주파수조정예비력의요구조건과 LiB 의특성을이해하면그경제성은더욱높다는것을알수있다. 주파수조정예비력은 15~20 분만대응해주고그이상의수요변화가있으면다른발전기가가동을시작하여대응하고주파수조정예비력을다시확보하는식으로대응되는것이다. 따라서 3C(C-rate: 용량대비출력비 ) 배터리를사용할경우필요한배터리용량은 500MWh 에불과하게된다. 3,000 US$/kWh 에 ESS 시스템을구축해도기존발전설비대비 25% 낮은비용이기때문에높은경제성이있다. 운영측면에서도주파수조정예비력은출력조정이빠른석탄발전을주로할당하게된다. ESS 로주파수조정예비력을대체하게되면전력발전단가가상대적으로낮은석탄발전에서실질적으로전력공급을더할수있게되어전력업체의발전원가를낮추는것에도기여할것이다. 따라서실증을통한신뢰성만확보하게되면시장은빨리성장할수있을것으로기대한다. 미국을중심으로주파수조정예비력대체관련한실증이 2011 년부터상당히많이진행되어적용이가능할만큼의신뢰성이확보되어가고있어시장성장에대한기대가가능하다. 국내에서도전력거래소를중심으로실증을시작하였고 2~3 년내로도입이될수있을것으로본다. 현재원가구조를보면 3,000 US$/kWh 로는충분히공급가능하고한국전력입장에서도설비투자비를 5 천억원정도절약할수있고부족한전력공급능력을추가로확보할수있을것으로기대한다. Figure 4 ESS 시장전망 자료 : 미래에셋증권리서치센터 5 5

6 LiB 방식의 ESS 가경쟁력을갖추기시작한영역은 100 억달러시장을형성하고있는 UPS 가될수있다. 기존 UPS 는가격경쟁력이높고공급이충분한납축전지를이용했다. 납축전지는 LiB 보다역사가더오래되어 UPS 가요구하는다양한특성을더맞출수있다는장점도있었다. 그러나 LiB 가 EV 용대형라인을구축하면서시장상황은바뀌기시작한것이다. 이제는상당수 LiB 업체가 UPS 용배터리셀을공급할수있는준비가완료되었고점진적으로시장을잠식해들어갈수있는시기가도래한것이다. 납축전지가격은 300 US$/kWh 수준으로 LiB 의 500 US$/kWh 수준보다 60% 로아직도높은가격경쟁력을보유하고있다. 그러나 1 시간이내로대응해야하고저장용량보다는순간출력이중요한 UPS 의경우에는이미 LIB 가가격경쟁력을확보하기시작한것에주목해야한다. 출력당가격을비교하면 1 시간에 1kW 를공급해야할경우에납축전지는 541 달러가필요하지만 LIB 는 500 달러면된다. 대응해야하는시간이짧아지면짧아질수록가격차이는더증가하게된다. 1kW 의전력을 30 분간대응하는것을보장하기위한 UPS 의경우납축전지를적용할경우 kw 당 360 달러의전지가소요되지만 LIB 의경우에는 263 달러의전지만소요하면되어출력당가격은이미납축전지대비 73% 로낮아져있어충분히기존 UPS 시장을대체할수있을것으로본다. 용량당전지의무게가 1/3 에불과하고 30 분대응의경우에는더작은용량으로구축할수있어배터리무게는납축전지대비 1/5 로가벼워지고공간도 1/3 로줄일수있다. 또한수명도납축전지는 5 년정도가일반적이지만 LIB 는 10 년을보장할수있어수요자입장에서의원가차이는더욱커지게되어 UPS 에서납축전지가 LIB 로대체되기시작하면예상보다그속도가빠를수도있을것으로본다. UPS 는시스템부분과배터리부분으로나눠지는데기존의시스템에배터리를납축전지에서 LIB 로교체하는것이크게어려운일이아니기때문에 LIB 로의교체를위해서는 UPS 시장에서의지배적인사업자인 APC, 에머슨및 Rittal 사등이요구하는전지특성만맞춰주면빠르게기존 UPS 시장을대체할수도있을것으로본다. 특히, 중국및인도등전력공급이불안정한지역에설치되어있는기지국에사용되는 UPS 는사용하는횟수가높아 LIB 방식의 UPS 수요가이미높아지고있는것도긍정적이다. 또한, 빅데이터시대가열리면서데이터센터및서버의설치가가속화되고있는것도긍정적이다. 새로운데이터센터가생기는것이 LiB 방식의 UPS 도입에더욱긍정적인것은데이터센터설계초기부터 LiB 방식의 UPS 를고려하면공간절약비용이반영될수있기때문이다. 기존의데이터센터역시교체시기가도래한납축전지를 LiB 로교체하면서새로운서버를추가로도입할수있는공간을확보할수있게되어추가서버증설도 LiB 방식의 UPS 에는긍정적이다. Figure 5 납축전지와 LiB 의출력당가격비교 출력당가격비교 10 시간 1 시간 30분 20분 6분 납축 ($/kw) 3, LiB($/kW) 5, Figure 6 납축전지대비리튬이온전지의장점 6 6

신재생에너지발전의단점중하나가발전량을조정할수없다는것이다. 일조량및풍량에의존적으로발전량이결정되고이들의변화에의해서전력망에공급되는전력량의급격하게변화할수도있다. 이들발전원에서공급되는전력량의급격한변동은전력망에당연히큰부담으로작용하게된다. 전력은주파수가 0.2Hz 변화이내에서수요와공급을맞춰줘야한다. 이영역을벗어나게되면정전이될수도있고전력기기의고장을일으키기도한다.

대표적으로독일의경우는 2010 년부터 2012 년까지추가로설치된태양전지발전만 20GW 에이르고이는기존발전능력의 20% 에해당하는양으로독일독자적으로전력을공급하게된다면엄청나게부담으로작용될수있는비율이된다. 물론현재유럽은전력공급을유럽전체로공유하기때문에유럽전체의발전능력을기준으로부담이되는것이기때문에 20% 는크게낮아지게된다.

7 신재생에너지발전의단점중하나가발전량을조정할수없다는것이다. 일조량및풍량에의존적으로발전량이결정되고이들의변화에의해서전력망에공급되는전력량의급격하게변화할수도있다. 이들발전원에서공급되는전력량의급격한변동은전력망에당연히큰부담으로작용하게된다. 전력은주파수가 0.2Hz 변화이내에서수요와공급을맞춰줘야한다. 이영역을벗어나게되면정전이될수도있고전력기기의고장을일으키기도한다. 전력공급이초과될때보다는전력공급이부족하게될때가더큰문제가발생하는것은당연한일이다. 전력망은생각보다민감하기때문에특정부분에서의전력공급의부족은인근발전기의탈락을유도하게되고이는연쇄적으로발생하여대정전이발생하게될수도있는우려가있게되는것이다. 따라서구름등의영향으로태양전지발전이갑자기낮아지는등의요인은기존전력망시스템에서다보완을해줘야하는부담을갖게되는것이다. 대표적으로독일의경우는 2010 년부터 2012 년까지추가로설치된태양전지발전만 20GW 에이르고이는기존발전능력의 20% 에해당하는양으로독일독자적으로전력을공급하게된다면엄청나게부담으로작용될수있는비율이된다. 물론현재유럽은전력공급을유럽전체로공유하기때문에유럽전체의발전능력을기준으로부담이되는것이기때문에 20% 는크게낮아지게된다. 그러나다른국가에서도신재생발전이증가하는것등을감안하면유럽전체적으로이미신재생에너지발전의피크공급비중은 3~4% 에이를것으로보고있다. 3~4% 의공급을담당하고있던태양전지발전이구름등의영향으로발전량이급감하게되면기존발전기가추가발전을통해서부족해진전력공급을채워줘야한다. 이는주파주조정예비력으로대응해야할가능성이높은데일반적으로주파주조정예비력은 2% 이내로할당하고있어 3~4% 변화를대응하기어려울것이다. 따라서주파주조정예비력을 2% 이상으로올리거나 ESS 설치를통해서완충시켜주는것이필요할것이다. 독일은이미지난 2 월에태양전지발전과연계된 ESS 에설치비의 30% 를지원하기시작하며 ESS 도입을서두르는모습이다. 신재생발전의출력변화를보상해주는기능은주파수조정예비력과유사한역할을하는것인데아직은각각의신재생발전원에 ESS 를설치해서대응할것인지전력업체가중앙에서주파수조정예비력을확대해서대응할지여부가정해지지않았다. 물론중앙에서전체발전원의문제를모아서대응하는것이비용적으로는효율적일수있지만전력업체의비용부담이가중된다는측면에서도입의속도가지연될수도있을것이다. 예상되는태양전지및풍력의발전능력증가를감안해서이를보완하기위해서필요한 ESS 양의 40% 정도만감안해도시장은 2020 년에 122 억달러까지성장할수있을것으로본다. Figure 7 태양광발전의구름의영향완화 Figure 8 풍력발전의불안정한발전예측완화 자료 : SunPower, 미래에셋증권리서치센터 자료 : CAISO, 미래에셋증권리서치센터 * 2005 년 3 월관측결과 7 7

8 신재생에너지관련된 ESS 에서앞선언급한신재생에너지의출력변화가큰것을보상해주는용도이외에도독립발전으로의신재생에너지를지원하는 ESS 의영역이있다. 독립발전원을지원해주는 ESS 경우에는현재일본에서설치되는것이하나의좋은예가될수있다. 일본은원전사고이후로전력부족의불안감을해소하기위해서태양전지와 ESS 를설치하는가정이점진적으로증가하고있다. 낮에태양전지에서생산된전력의일부를사용하고일부는저장했다가저녁또는다음날이흐릴경우일부사용하기위해서 ESS 에저장한다. 현재일본에서일반적으로설치되는용량은 3KW 의태양전지에 7kWh 또는 10kWh 의 ESS 를설치한다. 태양전지용량의 2.5~3 배정도의설치가요구된다고이해하면된다. 물론이비율은좀더높은것이유리할것이다. 일본의경우에는완전히독립발전원이아니고필요할때는기존전력망에서전력을공급받을수있지만, 기존전력망이없는곳에전력을보급하는차원에서의도입은좀더높은 ESS 용량이요구될수도있을것이다. 독립신재생에너지발전은중국의중서부, 인도또는남미의미개발지역을중심으로성장할수있을것으로기대한다. 이들지역에전력을공급하기위해서발전소를세우고넓은지역에송배전망을구축하는것보다필요한지역에각각태양전지와 ESS 를설치해주는것이더비용효율적일수있다고본다. 태양전지발전은확장이용이하고발전용량을정하는것이유연하다는장점이있기때문에필요한만큼단계적으로발전용량을늘려갈수있어이들지역의전력보급을더욱용이하게해줄것으로기대한다. 이들시장에적용되는 ESS 용 LiB 셀시장규모는 50 억달러까지성장할수있을것으로전망한다. Figure 9 중국 Off grid system 지원정책표 발전플랜트 가정용 100MW 가정 3KW 가정 단위 비용 단위 비용 설치량 KW 100,000 설치량 KW 3 단위당모듈가격 $/W 0.7 단위당모듈가격 $/W 0.7 총모듈비용 $ 70,000,000 총모듈비용 $ 2,100 단위면적당생산능력 W/m2 150 단위면적당생산능력 W/m2 150 모듈효율 % 15 모듈효율 % 15 설치면적 m2 800,000 설치면적 m2 24 설치면적 평 242,424 설치면적 평 7 단위당토지비용 $/ 평 50 단위당토지비용 $/ 평 50 총토지비용 $ 12,121,212 총토지비용 $ 364 태양전지생산능력단위당토지비용 $/W 0.12 태양전지생산능력단위당토지비용 $/W 0.12 필요한 ESS 량 kwh 233,333 필요한 ESS 량 kwh 6 단위당 ESS의셀가격 $/kwh 700 단위당 ESS의셀가격 $/kwh 700 셀대비 ESS 시스템가격배수 배 2.0 셀대비 ESS 시스템가격배수 배 2.0 총 ESS 비용 $ 326,666,667 총 ESS 비용 $ 8,400 태양전지생산능력단위당비용 $/W 3.3 태양전지생산능력단위당비용 $/W 2.8 인건비 $/ 일 40 인건비 $/ 일 40 필요인원 명 600 필요인원 명 2 소요기간 일 90 소요기간 일 1 총설치비 $ 2,160,000 총설치비 $ 80 태양전지단위당설치비 $/W 0.02 태양전지단위당설치비 $/W 0.03 태양전지단위당기타재료비 $/W 1 태양전지단위당기타재료비 $/W 1 태양전지관련단위당비용 $/W 1.8 태양전지관련단위당비용 $/W 1.8 ESS 단위당비용 $/W 3.3 ESS 단위당비용 $/W 2.8 총비용 $/W 5.1 총비용 $/W 4.6 자료 : 미래에셋증권리서치센터 8 8

ESS 의용도중에서가장규모가크게성장할수있는영역은부하를평준화시키기위한 ESS 가될것이다. 이와 ESS 가도입되는방식은전력업체가 ESS 를갖추는방식보다는소비자가스스로 ESS 를갖추도록유도하는방식이사용될것이다. 전력업체는스마트그리드를도입하여부하별또는시간대별로차등요금제를적용하여소비자가자연스럽게 ESS 를갖춰나가도록유도하게될것이다. 전력요금의차이가 0.

9 ESS 의용도중에서가장규모가크게성장할수있는영역은부하를평준화시키기위한 ESS 가될것이다. 이와 ESS 가도입되는방식은전력업체가 ESS 를갖추는방식보다는소비자가스스로 ESS 를갖추도록유도하는방식이사용될것이다. 전력업체는스마트그리드를도입하여부하별또는시간대별로차등요금제를적용하여소비자가자연스럽게 ESS 를갖춰나가도록유도하게될것이다. 전력요금의차이가 0.4 US$/kWh 일경우에 2018 년에가정용 ESS 시스템가격이 600 US$/kWh 로낮아지게되면 Pay back 기간이 4 년으로축소되면서빠르게시장이성장할수있을것으로기대한다. 전세계발전설비용량의 1.0% 를 1 시간동안대응하는 ESS 가도입되는것을감안해도 LiB 배터리시장은 200 억달러에이를수있다. 한국의경우의피크시간이오전 10~12 시및오후 2~5 시로총 5 시간인것을감안하면실질적으로 ESS 가제대로역할을해주기위해서는훨씬더많은용량이필요할수도있다고본다. 물론이와같은 ESS 는 LiB 방식이독보적인경쟁력을가지고있는것은아니지때문에다른방식의 ESS 가같이도입될수있는것을감안해도우리가전망하는시장 2~3 배이상의시장을형성할수도있다고본다. 수요평준화와유사한역할로 EV 충전소에도입될수있는 ESS 가있다. 물론충전소에 ESS 가필수로적용되어야하는것은아니지만스마트그리드와연계된다면충전소입장에서는전력요금이낮은시간에충전했다가전력요금이높을때는충전한전력을판매하는것이수익을극대화할수있는방법이될수있어 ESS 가격이낮아진다면충분히도입할가능성이높다고본다. Figure 10 Load leveling 효과 9 9

10 4. LiB 방식이 ESS 시장에서주류가될것 ESS 는사용시간, 출력및기술등총 3 가지관점에서분류할수있다. 일반적으로 1 시간이내시간동안대응하는 ESS 를단주기 ESS 라고하고 2 시간이상대응하는제품을장주기 ESS 라고한다. 우리가일반적으로알고있는 UPS 가가장대표적인단주기 ESS 이고새벽시간에전력수요가낮을때충전했다가낮에피크시간에방전하는부하평준화가장주가 ESS 로볼수있다. 단주기와장주기를나누는주요한이유는이를지원하는 ESS 의기술의차이가크기때문이다. 단주기 ESS 에적용이가능한기술은 LiB, 납축전지, Super capacitor 및 Flywheel 등이있다. 장주기는 LiB 가역시가능하고 Flow Battery, Nas, CAES(Compressed Air Energy Storage) 와양수발전이있다. 현재상용화가가능한에너지저장기술중에서거의유일하게 LiB 만이단주기와장주기모두원활하게대응해줄수있는기술로볼수있다. 출력기준은사용하는용도와가장밀접한관계가있다. 가정용의경우에는 10KW 미만으로충분히대응할수있는영역이다. 상업용및산업용이되면더높은출력특성이요구될것이고유틸리티에서사용되는용량은 100MW 이상에달할수도있다. 이와같은대규모 ESS 를구성하기위해서양수발전또는 CAES 와같은경우를제외하고는일반적으로병렬구성을통해서확장한다. 그확장성은크게제한은없다고볼수있다. LiB 의경우에 4 피트크기컨테이너 3 개로 2MWh 를구성할수있다. 1 시간사용할수있는 100MW 출력의 ESS 를구성하고싶으면 40 피트크기의컨테이너 150 개를병렬연결하여구성하게되는것이다. Figure 11 ESS 의분류 10kW 미만 10~100kW 100kW~1MW 1~10MW 10~100MW 30 분 UPS ( 납축, LiB, 수퍼캐패시터, Flywheel) 산업용 UPS( 납축, LiB) 유틸리티주파수조정용 (LiB) 1~2 시간신재생에너지품질향상및백업용 ESS ( 납축, LiB) 5 시간이상 가정용스마트그리드 (LiB) 상업용스마트그리드 (LiB) 산업용피크전력대응 (LiB) 유틸리티로드레벨링 [ 양수발전 (100MW 이상 ), CAES (20MW 이상 ), NaS, Flow battery] Off grid 신재생발전지원용 (LiB) Figure 12 ESS 의종류및특성 분야종류원리장점단점 Li-Ion 양극 - 음극간리튬이온이동에의한저장 고에너지밀도, 고에너지효율 고비용, 안정성 / 수명미검증 전력망연계가능분야 효율 (%) lead Acid 저비용 단주기 (min) Super capacitor 이온이표면에전기화학적흡착으로저장 고출력밀도, 장수명, 안정성 저에너지밀도, 고비용 주파수조정 95 Flywheel 회전운동에의한저장 고출력밀도, 장수명, 안정성 저에너지밀도, 고비용, 진동에민감 주파수조정 90 Flow Battery 전해질내이온의산화가변화로저장 저비용, 대용량화용이, 장수명 저에너지밀도, 저효율 60~80 장주기 (hour) NaS 용융상태의 Na 과 S 반응으로전기저장 고에너지밀도, 저비용, 대용량화용이 고온작동, 저에너지효율 75~85 CAES 공기를고압으로압축하여지하에저장 대규모저장, 저발전단가 고비용, 지리적제약 주파수조정, 풍력보조, 부하평활화

11 LiB 기술을기반으로한 ESS 시장의전망을가자좋게보는것은장주기및단주기모두대응이가능하고용량의한계도거의없다고볼수있고사용처에도제한이거의없는기술이기때문이다. 현재 ESS 시장에서가장큰점유율을보이고있는 NaS 의경우에는대규모폭발사고가한번있었던것을감안해도그안정성에우려가있을수있고황을사용한다는측면에서청정하지못하다는우려또한있다. 이에주거지역근처에설치되기어려운단점이있을뿐아니라규모도 kw 급을구성하기에는제한이있고에너지변환효율도 75~85% 로상대적으로낮다. LiB 와비교했을때장점은가격이저렴하다는것뿐인데 LiB 는 IT 및 xev 에도사용되는기술이고 ESS 에서도거의모든방식의 ESS 에적용이가능하다는것을고려하면규모의경제를통해빠르게원가절감이일어날것이고 NaS 와의원가격차를점진적으로해소해나갈수있을것으로본다. 납축전지는이미 10 조원시장을형성하고있는 UPS 에서거의독점적으로사용되는배터리기술이고자동차등에서많이사용되기때문에원가측면에서도상당한우위를가지고있다. 그러나단주기의경우에 LiB 대비치명적인단점을가지고있다. 납축전지의용량은 10 시간사용을기준으로정하는것이일반적이다. 예를들어 1kWh 용량의납축전지는 100Wh 로 10 시간사용할때나오는용량이다. 이전지에서순간적인파워를 550Wh 로높이면 1 시간밖에사용할수없다. 1kWh 짜리가 550Wh 로 45% 정도용량의손실이발생한다. 순간적인파워를더높이며용량의저하는더낮아지게된다. 반면에 LiB 는출력을높여도용량을잃는비율이 5% 이하로상당히낮기때문에실질적으로장착하는배터리의가격을감안하면 LiB 가이미경쟁력을갖추고있을수도있다. 이를감안할때공간도납축전지대비 30% 의공간이면충분히설치할수있고납과같이무거운재료를사용하지않기때문에무게도 20% 에불과하다. 실질적으로사용해야하는용량이더적은것까지감안하면그효과는더욱배가될수있게된다. Super capacitor 및 Flywheel 등은에너지전환효율이좋고수명이길뿐아니라안정적으로순간적인전력을공급해줄수있다는장점이있지만전력을화학적으로저장하는것이아니라기계적또는물리적으로저장하는것이기때문에장시간저장이거의불가능하다는단점을가지고있다. 따라서아주제한적으로사용될수밖에없을것으로본다. 이와반대로오히려장주기에서대용량을장시간저장할수있는 CAES 및양수발전의경우에는설치할수있는지역적인한계가있고효율이 60% 로낮아원자력발전과같이가동중단이어려운발전원의발전량이하로수요가낮아졌을때저장하는것에적합하지만야간전력수요가지속적으로증가하는상황에서원자력발전이하용량으로전력수요가낮아지는경우가없어비상시에대응하는용도로만사용될수밖에없을것으로본다. Flow battery 의경우에는수명및대용량화에있어서상대적으로 LiB 보다우위에있지만이역시효율이최대 80% 에불과하기때문에아주매력적이지는않아보인다

12 5. 배터리셀업체와전력기기및시스템통합업체수혜가더높을것으로판단 ESS 로인한수혜업체는크게세가지로나눌수있다. 투자매력도순으로 1) 물량성장과새로운제품라인업이증가하게되는업체, 2) 새로운제품라인업이추가되는업체그리고 3) 물량성장수혜만보는업체로요약할수있다. 삼성 SDI 와 LG 화학의경우에는기존배터리사업을하면서 ESS 용배터리셀을개발하고또한자체적인 ESS 사업도같이병행하면 ESS 용배터리셀의시장성장이상의수혜를볼수있다는측면에서매력이높다. 그다음으로매력도가높은업체는 ESS 시스템사업을하는업체라고본다. ESS 시스템은 LiB 시장의 2~2.5 배시장으로그규모가훨씬크다는측면에서매력이높고새로운제품을매출에추가한다는측면에서또한매력이높다고본다. 마지막으로매력적인업체군은재료업체와같이기존시장에서추가적인성장에대한수혜만보는업체가될것이다. ESS 시장이성장하기위해서배터리셀의가격하락이필수적이고가격하락을위해서는재료의하락이동반되어야한다는것을감안하면성장의수혜를가격하락이일부상쇄할수밖에없어 ESS 성장으로만국한한투자매력도의우선순위는배터리셀및시스템업체에비해서는낮은것으로판단한다. (1) 삼성 SDI: 3 조원이상의소형 LiB 에서의매출과시장지배력과 BMW 를통한 EV 용배터리셀사업의본격화로인한시너지를기대할수있다. 특히, ESS 관련된사업에집중한지가 3 년이넘으면서국내외다양한실증을거쳤다는장점을가지고있다. ESS 및 ESS 용배터리셀은전세계유틸리티회사, 전력기기업체및 SI 업체로고객이다양하고그수가많기때문에사업에얼마나먼저시작하고집중해왔는지가상당히중요하다. 삼성 SDI 는 PDP 등 IT 기반기술을가지고있는것이또하나의장점으로판단한다. ESS 에서배터리셀업체가 BMS 를포함한팩까지제공하는경우가많은데회로설계능력을기보유하고있다는것은고객이원하는팩사양을더빠르게제공할수있다는장점이될수있을것이다. 삼성 SDI 는소형 PCS 의경우에는직접설계한제품을장착하여 ESS 세트사업도진출하려고하는데이는가정용소형 ESS 의경우에는기존가전제품유통채널을통해서판매될수있다는측면에서삼성 SDI 가진출이용이하다는측면도있고자체 PCS 개발을통해서고객이원하는 BMS 를개발하는것에활용하려는측면도있다는점에서상당히긍정적이라고본다. (2) LG 화학 : CPS 에너지에 300MWh 의전지생산능력을가지고있어미국에서의수주에우위를보일수있다. 최근에 SCE 로부터 32MWh 를수주한것도현지에서배터리셀을생산하여공급할수있다는원가경쟁력우위의결과로해석할수있다. 현재발주된규모중에서가장큰프로젝트를수주한것인데이를설치한경험은향후에추가수주등에서도경쟁우위가될수있다고본다. 화학기반의회사이기때문에 ESS 에서중요한 BMS 등은자체적으로설계할수없다는것은단점일수있다. 그러나계열사인 LG 이노텍을통해서내부에서설계하는것과같이협력하여 BMS 를개발할수있기때문에큰문제가되지는않는것으로보인다. 현재대형 LiB 에서가장큰생산능력인 2.4GWh 를보유하고있어이를바탕으로좀더공격적으로수주를진행할수있어 ESS 수주모멘텀을기대해볼수있을것이다. (3) 한국전력 : 5 년전부터진행하던스마트그리드를통한전력생산및소비의효율성을높일수있는주요한제품이상용화된다는측면에서긍정적이다. 전력회사의가장큰문제점은전력을효율적으로저장할수없다는것에있고이는 100 년이넘는전력산업의역사에서해결한적이없는문제이다. 그러나 ESS 라는대규모저장장치를본격적으로도입할수있는여건이높아지게되면다양한측면에서수익성개선에기여할수있을것이다. 당장주파수조정예비력을대체함으로써 CAPEX 를 5 천억원이상절약할수있고추가적으로전력공급능력을 1500MW 를확보할수있게된다. 상당부분의주파수조정예비력이순간적으로출력변화가용이한석탄화력을중심으로할당되는것을감안할경우전력생산원가를절감할수있는것을감안하면도입으로인한비용절감효과는예상보다더높을것으로본다. 중장기적으로볼때도현재 80GW 이상의발전설비의연간일평균이용률은 65% 에도미치지못한다. 그러나스마트그리드와연계된가정용 ESS 등의도입을가속화하게되면추가적인 CAPEX 없이전력설비의이용률을높여효율성제고를통한비용절감효과를기대할수있다. 한국전력도 ESS 와만나면서과거와다른긍정적인큰변화를기대할수있게되는것이다

13 (4) 포스코 ICT: 국내산업용전력의 10% 가까운대규모전력을사용하고있는포스코의전력계통, 통신및네트워크를관리해주는배경을가지고있어 ESS 진출에필요한기술을이미보유하고있는것으로판단한다. 물론배터리셀을보유하고있지않지만향후 ESS 산업의흐름이시스템업체가셀을직접생산하지않는경향을보일것이므로사업을전개해나가는것에는문제가되지않는다고본다. 오히려 LiB 에있어서양대업체인삼성 SDI 와 LG 화학을가까이두고있다는장점은전세계선두업체와경쟁하는것에서장점으로작용하게될것으로보인다. 제품개발및고객대응을위해서원하는특성의샘플셀을빠르게제공받는것이개발기간을단축할수있는것등에장점이있기때문이다. 또하나포스고 ICT 가가지고있는장점은포스코라는내부고객을가지고있다는것이다. 포스코를통해서충분한레퍼런스를갖게되면해외유사한고객에게 ESS 를초기에공급하기가훨씬원활해질수있기때문이다. 또한, 최근한국전력이시간대별로요금을크게차별화하려는움직임까지보이고있어포스코의 ESS 도입이더욱가속화될수있는가능성이높아진것도포스코 ICT 의 ESS 사업에긍정적인요인이된다. (5) 일진머티리얼즈, 후성및포스코켐텍 : 2013 년소형 LiB 의용량기준시장규모는 37GWh 수준인데 5 년이내에 ESS 가 37GWh 이상의시장으로성장할수있는것을감안하면시장성장의수혜는충분히기대가가능하다고판단한다. 국내에삼성 SDI 와 LG 화학이있고이들업체내에서의점유율이높은것을감안하면시장성장의수혜는충분히받을수있을것으로본다. 물론독점적인시장지위를누리고있지못한것을감안하면물량성장보다매출성장이낮을수밖에없다는점은약간의할인요인이될수도있다고본다. 후성의경우에는전세계 3~4 개업체로과점형태를보이고있고전체원재료비에서차지하는비중이 2~3% 에불과한것을감안하면가격인하압력은상대적으로낮을수있을것으로판단한다. 포스코켐텍의경우에는음극활물질사업을이제시작해서기존 IT 용 LiB 시장에서의점유율을늘리는것과신규시장의성장에서모두수혜를볼수있다는기대를가질수있다는측면에서좀더긍정적일수있을것이다

14 Recommendations 종목별투자의견 (12 개월기준 ) Buy : 현주가대비목표주가 +10% 초과 Hold : 현주가대비목표주가 ±10% 이내 Reduce : 현주가대비목표주가 10% 초과단, 업종투자의견에의한 ±10% 내의조정치감안가능 업종별투자의견 Overweight : 현업종지수대비 +10% 초과 Neutral : 현업종지수대비 ±10% 이내 Underweight : 현업종지수대비 10% 초과 Compliance Notice 본자료는투자자의증권투자를돕기위하여당사고객에한하여배포되는자료로서어떠한경우에도복사되거나대여될수없습니다. 본조사자료에수록된내용은당사리서치센터가신뢰할만한자료및정보로부터얻어진것이나당사는그정확성이나완전성을보장할수없습니다. 따라서, 어떠한경우에도본자료는고객의증권투자의결과에대한법적책임소재에대한증빙자료로사용될수없습니다. 동자료는기관투자가또는제 3 자에게사전제공한사실이없습니다. 자료에게재된내용들은본인의의견을정확하게반영하고있으며, 외부의부당한압력이나간섭없이작성되었음을확인함. 작성자 : 이학무, 정윤미 담당자보유주식수종목담당자종류수량취득가취득일 1% 이상보유여부 유가증권종목 계열사담당자 자사주종류 REMARK: Korean analyst is responsible for Korean securities and relevant sectors only

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도현우, Analyst, , nm 2D IM Flash 20nm 16nm Gen1 Gen2 3D Samsung 21nm 16nm 14nm 2D 24L Sector update Korea / Semiconductors 25 February 2016 NEUTRAL Stocks under coverage Company Rating Price Target price 삼성전자 (005930 KS) BUY 1,172,000 1,550,000 SK 하이닉스 (000660 KS) BUY 30,900 37,000 이오테크닉스