대규모 데이터센터 캠퍼스 건설이 활발하게 진행되고 있다. 대형 클라우드 서비스 업체, 코로케이션 제공업체, 대기업은 AI의 폭발적인 수요를 지원하기 위해 신규 용량 확충에 나서고 있다.

급속도로 증가하는 수요로 인해 기존 전력망이 이를 감당하지 못할 것이라는 우려가 커지고 있으며, 전력 공급 부족이 데이터센터 확장을 저해할 수도 있다는 지적이 나온다. 기존 전력망 연결로 해결할 수 없는 또 다른 이유가 있다. 오늘날 지속 가능한 방식으로 전력을 조달해야 한다는 압박을 받고 있다는 점도 도전 과제가 되고 있다.

업타임 인스티튜트(Uptime Institute, 이하 업타임)는 신규 데이터센터를 탄소 배출 없이, 또는 최소한 저탄소 방식으로 운영하기 위해 기업이 활용할 수 있는 3가지 전략을 제시했다. 이 내용은 최근 웹 세미나에서 발표됐으며, 업타임 인스티튜트의 연구 총괄 이사 앤디 로렌스와 지속가능성 연구 책임자 제이 디트리히가 발표를 진행했다.

지금은 평범한 시기가 아니다

데이터센터 용량은 항상 증가해 왔지만, 이번처럼 급격한 성장은 전례 없는 수준이다. 업타임은 데이터센터의 전력 수요를 킬로와트시(kWh) 기준으로 측정했을 때, 2023년 400테라와트시(TWh)에서 2030년에는 1,000TWh까지 급증할 것으로 예상하고 있다. 디트리히는 일부 예측에서는 최대 1,400TWh까지 증가할 가능성이 제기된다고 덧붙였다.

흥미롭게도 업타임은 AI가 아닌 일반적인 IT 수요가 이런 성장의 상당 부분을 차지할 것으로 예상하고 있다. 표준 데이터센터 컴퓨팅의 전력 수요는 2023년 365TWh에서 2030년에는 750TWh까지 증가해 전체 데이터센터 전력 수요의 75%를 차지할 것으로 보인다.

AI 관련 전력 수요는 폭발적으로 증가할 전망이다. 업타임에 따르면, AI 추론에 필요한 전력은 2023년 17.5TWh에서 2030년 162.5TWh로 급증하며, AI 훈련에 필요한 전력도 같은 기간 17.5TWh에서 87.5TWh로 증가할 것으로 보인다. 종합하면, AI 전력 수요는 2023년 35TWh에서 2030년 250TWh로 증가할 것으로 예상된다.

디트리히는 “데이터센터뿐만 아니라 전기차 등 다양한 전기화 기술이 전력망에 부담을 주고 있는 상황에서, 데이터센터 산업은 성장 계획을 지원할 새로운 전력 공급 전략을 마련해야 한다”라고 강조했다.

업타임이 제시한 3가지 전략은 다음 5가지 요인을 고려한 것이다.

규모 확대를 통한 새로운 기회 창출 : 단순히 더 많은 데이터센터가 건설되고 있는 것이 아니다. 현재 건설 중인 데이터센터는 규모 자체가 근본적으로 다르다. 예를 들어, 일반적인 기업 데이터센터는 10~25메가와트(MW)의 전력이 요구된다. 하지만 현재 대형 클라우드 서비스 업체들은 250MW급 데이터센터를 건설하고 있으며, 대규모 데이터센터 캠퍼스의 경우 1,000MW의 전력이 요구될 수도 있다.

데이터센터는 안정적인 전력 공급원뿐만 아니라 비상 상황에 대비한 백업 전력도 필요하다. 일반적으로 이는 발전기 형태로 제공된다. 디트리히는 데이터센터 운영사가 250MW 규모의 전력 수요를 감당할 수 있는 백업 용량을 구축할 경우, 이는 사실상 데이터센터 내부에 자체 발전소를 새로 건설하는 것과 다름없다고 지적했다.

한편으로 이런 자체 발전소를 운영하려면 인허가 절차가 필요하고, 비용이 많이 들며, 고도로 훈련된 인력이 필요하다. 다른 한편으로는 새로운 발전소는 새로운 기회를 제공한다. 이런 설비를 단순히 비상 상황에서만 사용하는 것이 아니라, 유휴 전력을 생산해 그리드에 판매하는 방안을 고려할 수 있다. 디트리히는 이것이 데이터센터는 추가적인 수익을 창출할 수 있으며, 공공 전력망은 새로운 전력 공급원을 확보할 수 있으므로 상호 이익이 되는 “윈윈” 구조라고 설명했다.

현실적인 기대치 설정 : 풍력이나 태양광 같은 대체 에너지원은 환경 조건에 따라 변동성이 크기 때문에 기술적·경제적으로 데이터센터 전력 수요의 100%를 감당하기는 어렵다. 그러나 일정 비율을 효과적으로 공급할 수는 있다. 디트리히는 기업이 재생 에너지 활용에 대한 기대치를 현실적으로 조정할 필요가 있다고 조언했다.

새로운 에너지원의 가능성 : 풍력과 태양광 외에도 화석 연료를 대체할 수 있는 다양한 신기술이 등장하고 있다. 대표적으로 지열 발전(Geothermal), 원자력, 다양한 배터리 저장 기술이 포함된다. 다만 디트리히는 이런 기술이 실질적인 영향을 미치려면 앞으로 최소 10년은 더 걸릴 것이라고 전망했다.

복잡성 : 탄소 배출이 없거나 적은 데이터센터를 위한 전력 조달은 매우 복잡한 작업이다. 이를 위해서는 에너지 소매업체, 프로젝트 개발업체, 공공 전력회사, 산업 규제 기관, 데이터센터 운영사 간 긴밀한 협력이 필수적이다.

천연가스의 역할 : 데이터센터의 비상 전력용 자체 발전소를 구축할 때 업타임은 천연가스가 디젤보다 선호된다고 설명했다. 천연가스 발전소는 디젤보다 인허가 절차가 수월하며, 연료 공급이 더 안정적이기 때문이다. 또한 천연가스 기반 발전소는 지열, 원자력, 고체 산화물 연료 전지(solid oxide fuel cells)와 같은 신기술이 상용화될 때까지 중간 다리 역할을 할 수 있다.

탄소 중립 데이터센터로 가기 위한 3가지 길

이런 제약을 고려할 때 업타임은 신규 데이터센터의 전력 공급을 가속화할 수 있는 3가지 전략을 소개했다.

맞춤형 전력 패키지 개발

규제가 적은 시장에서는 데이터센터 운영사가 에너지 소매업체와 장기 계약을 체결해 맞춤형 전력 패키지를 구성할 수 있다. 이를 통해 에너지 소매업체는 데이터센터의 전력 수요를 분석하고 예측하며, 사용 가능한 에너지원과 최적의 조합을 찾아 탄소 중립 목표를 달성할 수 있도록 지원한다. 이 과정에서 에너지 소매업체, 데이터센터 운영사, 데이터센터 개발사가 협력해 새로운 에너지 자산을 통합하고 온사이트 백업 전력을 포함한 종합적인 전력 솔루션을 마련할 수 있다. 현재 콘스텔레이션(Constellation), AES, 그리드매틱(Gridmatic), RPD 에너지(RPD Energy), 스타트크래프트(StatKraft), ENGIE와 같은 에너지 소매업체들이 맞춤형 전력 패키지 개발을 지원하고 있다.

발전 시설과 데이터센터를 나란히 배치

이 시나리오는 데이터센터를 풍력 발전소 또는 태양광 설비 인근에 구축하는 방식이다. 프로젝트 개발업체는 데이터센터의 위치를 신재생에너지 시설과 가까운 곳으로 선정하고, 데이터센터 운영사는 신재생에너지 공급업체와 장기 계약을 체결해 필요한 전력을 제공받는다. 그러나 풍력과 태양광만으로 데이터센터의 전력 수요를 100% 충당하기는 어렵기 때문에 온사이트 천연가스 터빈을 추가로 운영하여 부족한 전력을 보완하는 방식이 사용된다.

규제 대상 전력회사와의 협력

또 다른 방법은 규제 대상 전력회사와 직접 협력해 특별 전력 요금 체계를 구축하는 것이다. 새로운 요금 등급을 사용하려면 데이터센터 개발사, 전력회사, 데이터센터 운영사 간 합의가 필요하다. 이 전략에서는 데이터센터 전용 발전 설비 운영 계약을 체결하거나, 특정 데이터센터 단지에 전력을 공급하는 전력 자회사를 신설하는 방안도 포함될 수 있다. 이를 통해 데이터센터는 더 안정적이고 예측할 수 있는 전력 공급을 확보할 수 있다.
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