[EE칼럼] 에너지 없이는 AI도 없다

▲박성우 한국에너지공단 기획조정실장

미국 트럼프 행정부는 7월 23일 'AI 행동계획'을 발표했다. 이 행동계획은 AI 주도권을 잡기 위해 혁신 가속화, AI 인프라 건설, 외교안보라는 세 가지 측면에서 총 90개의 조치를 제시했다. 특히 GW급의 초대형 데이터센터와 풍부한 전력이 AI 시대 미국의 경쟁력의 근간임을 강조하면서, 막대한 AI 데이터센터와 이를 구동할 에너지 인프라를 구축하는데 중점을 두었다. 석유 개발을 강조하며 “드릴, 베이비, 드릴"을 내세운 미국은 이제 “빌드, 베이비, 빌드(Build, Baby, Build)"를 외치며 AI 인프라 구축에 총력을 기울이고 있다.

AI는 연구소 수준을 넘어 수조 달러의 시가총액과 벤처 캐피털이 몰려드는 산업으로 성장했다. S&P 500에 상장된 AI 관련 기업의 시가총액은 2022년 이래로 약 12조 달러 증가했다. 데이터센터에 대한 글로벌 투자는 2022년 이후 거의 두 배로 늘어나 2024년에 5천억 달러에 달했다. 이러한 투자 붐으로 인해 급증하는 전력 수요에 대한 우려가 커지고 있다.

AI 산업이 더 성장하려면 얼마나 많은 전기가 필요할까? 일반적인 AI 데이터센터는 10만 가구가 소비하는 전력량에 맞먹는 전력을 소비하지만, 현재 건설 중인 최대 규모의 데이터센터는 이보다 20배나 많은 전력을 소비한다. AI 데이터센터는 알루미늄 제련소와 같은 전력 집약적인 공장만큼이나 많은 전력을 소비한다.

데이터센터는 2024년 전 세계 전력 소비량의 약 1.5%(415TWh)를 차지했다. 미국은 전 세계 데이터센터 전력 소비량의 45%를 차지했으며, 중국(25%)과 유럽(15%)이 뒤를 이었다. 데이터센터 전력 소비량은 2030년까지 두 배 이상 증가하여 약 945TWh에 이를 것으로 예상된다. 이는 현재 일본의 총 전력 소비량을 넘는 수치이다. 데이터센터 전력 수요 충족에는 재생에너지와 천연가스가 주도적인 역할을 하고 있다. 전 세계 데이터센터 수요 증가분의 절반은 재생에너지로 충당된다. 재생에너지는 짧은 설치기간, 경제적 경쟁력, 기업의 RE100과 같은 전력 조달전략 때문에 2035년까지 데이터센터 수요 충족을 위해 450TWh 이상 증가할 것으로 예상된다.

한편 이미 여러 국가의 전력망이 부족 상태에 놓여 있다. 이런 상황이 해결되지 않으면 계획된 데이터센터 프로젝트의 약 20%가 지연될 위험이 있다. 선진국에서는 새로운 송전선 건설에 일반적으로 4~8년이 소요되며, 변압기, 케이블과 같은 핵심 전력설비의 납품 기간이 지난 3년간 두 배 증가했다. 발전 설비에 대한 수요 역시 크게 늘어, 가스터빈 납품에 수년이 걸려, 신규 설비는 2030년 이후로 가동이 미뤄질 가능성이 있다.

이에 미국은 에너지 정책을 AI를 중심으로 재편하고 있다. 우리나라 역시 에너지 정책과 AI 전략을 별개가 아닌, 연결된 문제로 통합적으로 접근해야 할 때이다. AI가 몰고 올 전력 수요 폭증에 어떻게 대응할지, AI를 활용해 에너지 문제를 어떻게 해결할지에 대한 전략을 시급히 세워야 한다.

첫째, 전력망과 재생에너지 여건이 양호한 지역에 데이터센터를 설치해야 한다. 우리나라는 수도권에 데이터센터가 몰려 있지만, 수도권은 전력 공급 여력이 부족하다. 반면, 풍력이나 태양광 발전량이 많은 지역은 충분한 여유가 있다. 청정에너지를 안정적으로 공급받을 수 있는 지역에 데이터센터를 설치하면, 전력망 인프라 구축 비용과 시간을 줄이는 동시에 글로벌 기업이 요구하는 RE100 기준도 충족할 수 있다.

둘째, 데이터센터의 에너지 효율을 높여야 한다. 여러 대의 독립적인 서버를 하나의 물리적 서버로 통합하면 에너지 비용을 10%~40% 절감할 수 있다. 가동이 중단된 서버를 폐기하고, 불필요한 데이터를 정리해야 한다. 그 밖에도 고효율 서버, 외기 냉각시스템, 에너지 절약형 설계와 같은 기술을 적극 활용해야 한다. 에너지 효율화는 단지 비용 절감 차원이 아니라, 전력망에 가해지는 부담을 줄이는 사회적 비용 감소 전략이기도 하다.

셋째, AI를 재생에너지를 더 잘 쓸 수 있고, 에너지 소비를 줄이며, 전력망을 더 똑똑하게 만드는 도구로 활용해야 한다. 예를 들어, AI는 바람과 햇빛의 변화를 미리 감지하여 풍력이나 태양광 발전량을 정확히 예측할 수 있게 도와준다. 공장에서는 에너지 사용 패턴을 분석해 낭비를 줄여 비용을 아낄 수 있다. 전력망에서는 갑작스런 수요 급증을 미리 감지하고 대처할 수 있게 한다.

에너지 없이는 AI도 없다. 지금은 AI의 성능이나 편리함에만 집중하고 있지만, 에너지가 AI 시대의 국가경쟁력을 좌우할 것이다. AI 산업을 기회로 삼아 효율화와 재생에너지 체계를 빠르게 확장하는 국가는 경제·기후·기술 세 분야에서 모두 앞서 나갈 수 있다.

박성우