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최근 AI 산업의 눈부신 성장은 삼성전자, 하이닉스, 엔비디아가 주도하는 국내 및 해외주식시장 뿐만 아니라, 미국-이란 전쟁에서의 Al 활용 사례를 통해 생생히 목격되고 있다. 하지만, 전력산업이 AI 산업 성공의 키라는 것은 에너지산업 종사자 일부만 인식하고 있다는 느낌이다. 인간으로 비유하자면, 생성형 및 피지컬 Al는 각각 뇌와 주요 신체부위라 한다면, 전력은 이를 정상 작동시키기 위한 혈액에 해당될 수 있다. 혈액 공급이 없거나, 일시적으로 중지가 되면 인간의 대사 활동은 멈추게 되고, 손상되어 최종 사망에 이르게 된다. 이러한 이유로, 구글, 마이크로소프트, 아마존과 같은 전세계 AI 빅테크 기업들은 인간 신경망에 해당되는 Al 데이터센터(AIDC) 뿐 아니라, 충분한 전력계통확보를 위해 직접 에너지단지를 운영하거나, 전력사와의 독점공급계약을 추진하는데 많은 투자와 노력을 기울이고 있다. 국제에너지기구(IEA) 보고에 따르면 글로벌 Al 전력 시장은 2030년까지 연평균 성장률 약 30%, 국내 및 해외 시장규모로는 각각 18.9억 달러 및 605억 달러까지 성장할 것으로 예측된다. 최근 발표된 초대형 AIDC 프로젝트의 표준목표치는 500 MW 규모이며, 가동률 60%로 추산하게 되면 연간 2.5 TWh(대한민국 30만 가구 연간 전력사용량)의 전력량이 요구된다. J.P 모건, 골드만삭스 가속화모델을 적용하면, 2026년 현시점에서 1,050 TWh의 전력량이 오로지 AIDC 용도로만 소비된다고 할 수 있다. 흥미로운 점은 AIDC용 전력은 4가지 요건을 만족해야 한다는 점이다. 첫번째는 초고밀도, 초고압 전력이 필요하다는 점이다. 다시 말해, 정해진 면적 대비 전력집중화가 있다는 점이다. 둘째로는 일년 365일 고품질의 안정적인 전력이 필요하다는 점이다. 만일, 전압 및 주파수 변동이 발생하게 되면, 심각한 장비 손상이 발생하게 되며, 일시적인 가동 중지 시조차 막대한 경제적 손실이 발생하게 된다. 이를 대비하기 위해, 이중화 또는 삼중화된 전력공급망 확보가 필수적이며, 여기에는 정전 시 즉각 가동되는 무정전 전원 장치 또는 대규모 비상발전기도 포함된다. 세번째로는 전세계 전력소비량의 3-4% 수준의 엄청난 양을 필요로 하는 만큼, 고효율 에너지 관리가 필요하다는 점이다. 현재 AIDC에 소요되는 전력량의 30-40%를 서버에서 발생한 열을 냉각시키는데 사용하는 것만큼 냉열관리의 중요성은 반드시 생각해야 할 점이다. 마지막은 친환경성이다. 즉, AIDC 운영 전력은 이산화탄소 발생 없는 청정 전력이어야만 한다. 하지만, 재생에너지의 직접 연계시에는 부하변동 이슈로 인한 안정적 전력공급이 불가능하며, 발생된 전력을 배터리 에너지저장시스템(Energy Storage System, ESS)에 저장 후 송전시키는 방식은 용량 한계로 인해 제한될 수 밖에 없다. 이러한 AIDC 전력특성을 만족할 수 있는 수단은 현 기술수준을 고려할 때, 가스터빈, 수소연료전지 외에는 찾기 힘들다. 이 중 가스터빈의 경우, 계약 후 설치까지 수 년의 시간이 소요되며, 현재는 연료물질로 메탄 기반의 천연가스(LNG)를 사용하기 때문에 이산화탄소 배출 이슈로부터 자유롭지 못하다. 물론, 친환경 이슈는 수소가 LNG를 완벽하게 대체하는 수소전소발전 기술 상업화가 이루어질 2030년 이후에는 강력한 무탄소 AIDC 전력원으로의 역할을 할 것으로 기대된다. 상기 이유로 인해, 최근 연료전지 발전시장은 요동치고 있다. 대표적인 사례는 SK에코플랜트가 합작법인을 운영하고 있는 미국 블룸에너지(Bloom Energy)에서 찾아볼 수 있다. 2024년까지 극심한 자금난을 겪고 있던 블룸에너지는 2025년 이후 오라클, 브룩필드 등과의 GW급 전력공급계약을 통해 주가가 폭등하였고, 수준잔고가 폭증하였다. 이는 연료전지가 앞서 언급한 4가지 AIDC용 전력특성을 모두 만족함과 동시에, 계약 후 수 개월 내 “즉각 설치"가 가능하다는 점에서 그 원인을 찾아볼 수 있다. AIDC 적용가능한 연료전지 타입은 고분자전해질 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC)와 고체산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)가 대표적이다. PEMFC는 수 분 이내의 빠른 기동특성을 지니고 있기에, 잦은 on-off 운전에 대응가능한 보조 전원 역할에 최적화되어 있다. 이러한 점은 마이크로소프트사의 아일랜드 더블린에서의 AIDC용 보조전원 실증을 통해 확인된 바가 있다. 반면, SOFC는 기동속도는 느리지만, 발전효율(50-60%)이 높고, 열활용시 최대 90% 효율을 향상시킬 수 있으며, 연속운전에 최적화되어 주전력원으로 사용 가능함을 블룸에너지 사례를 통해 검증되었다. 최근에는 SOFC와 PEMFC 하이브리드 설계를 통해, 급속기동시 PEMFC를, 연속운전시 SOFC를 사용하는 연구도 진행 중이다. 흥미로운 점은 블룸에너지와 현대자동차 사례에서 찾아볼 수 있다. 블룸에너지는 수소경제 육성 및 수소 안전관리에 관한 법률(일명 “수소법")을 2021년 세계 최초 제정하고, 법정계획인 수소경제 이행 기본계획을 발표한 대한민국에서 지속적인 트랙레코드를 쌓았고, 이를 많은 글로벌 기업과의 계약을 수주하는데 이를 활용하였다. 현대자동차는 2026년 새만금에 9조원을 투자하여 로봇, AI, 수소에너지 혁신성장거점을 구축하는 계획을 발표하였다. 이는 태양광을 통한 수전해 기반 그린수소생산 이후 수소저장-연료전지 발전을 연계하는 분산형 전원 표준화를 꾀하고자 하고 있으며, 수전해 및 연료전지 시스템 대용량 생산 기반의 부품 단가 저감 전략 적용을 통해 산업 경제성을 조기 확보하여, 최종적으로 새만금 모델을 최종 턴키 형태의 수출지향형 사업모델로 확장시키겠다는 메시지이다. 대한민국은 세계적인 기술력을 갖고 있는 두산퓨얼셀, 미코파워(이상 SOFC), 현대자동차(이상 PEMFC) 연료전지 시스템 제조사 뿐 아니라, 많은 전후방 산업 관련 소재·부품·장비 제조사가 밀집되어 있다. 해당 산물은 지속적인 정부 및 민간의 투자와 노력의 산물이다. 대한민국은 수출로 힘을 얻어 경제대국으로 성장한 나라이다. 세계 시장은 현재 활짝 열려 있고, 2030년 수소전소발전 시장이 열리기 전까지 전력질주를 해야 하는 상황이다. 이를 위해서는 블룸에너지가 그러하듯 국내 시장을 통해 단기 트랙 레코드를 조속히 쌓고, 정부-기업-연구자가 혼연일체가 된 “Korea One-Team"이 되어 세계시장으로 나아가는 재도약인 “수소산업 르네상스"가 필요한 시점이 아닌가 한다. 이창현 교수
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