[전력난 경고등] AI 데이터센터 전력 어디서…전원 조합이 관건

2040년 데이터센터 추가 수요 7.9GW…대형 원전 5~6기 규모

LNG는 탄소 부담·원전은 건설 기간…재생에너지는 간헐성 한계

호남·영남 재생에너지+BESS 현실적…지역 분산·효율 개선 병행해야

제12차 전력수급기본계획 수요 재전망[자료=기후에너지환경부]

인공지능(AI) 데이터센터에 필요한 대규모 전력을 어떤 방식으로 공급할지가 전력정책의 핵심 과제로 떠올랐다. 액화천연가스(LNG) 발전은 신속한 대응이 가능하지만 탄소중립과 충돌하고, 원전과 재생에너지는 각각 건설 기간과 간헐성이라는 한계를 안고 있기 때문이다.

특정 전원에 의존하기보다 지역별 여건에 맞는 전원 조합을 마련하고 데이터센터 분산과 전력 효율 개선을 병행해야 한다는 지적이 나온다.

◆2040년 데이터센터 추가 수요, 원전 5~6기 규모

25일 관계 부처에 따르면 기후에너지환경부는 최근 제12차 전력수급기본계획 수요 재전망을 통해 2040년 최대전력 수요를 165.0GW로 예측했다. 이는 기존 잠정안 대비 26.8GW 늘어난 규모다.

반도체 등 첨단산업에서 20.6GW, 데이터센터에서 7.9GW의 추가 수요가 발생할 것으로 예상됐다. 데이터센터 수요만으로도 1.4GW급 대형 원전 5~6기 설비용량에 해당하는 전력이 더 필요한 셈이다.

특히 AI 데이터센터의 전력 수요가 급증할 가능성도 크다. 에너지경제연구원의 'AI 시대 데이터센터 증가의 국내 에너지 소비 시사점' 보고서에 따르면 국내 데이터센터 전력소비량은 2023년 5TWh에서 2060년 기준 전망 65.4TWh, AI 가속 시나리오에서는 134.8TWh까지 늘어날 것으로 추산됐다.

수요를 줄이는 효율 개선도 주요 과제로 꼽힌다. 에경연은 국내 데이터센터의 2023년 평균 전력효율지수(PUE)를 글로벌 평균 수준인 1.58로 가정했다. 이를 2030년 1.2, 2030년대 중반 이후 1.1 이하로 낮추면 데이터센터 전력소비를 16.5~17.8%가량 줄일 수 있다는 것이 에경연의 판단이다.

문제는 국내 데이터센터 대부분이 발전원과 물리적 거리가 있다는 것이다. 국내 데이터센터는 2024년 기준 165개로 전체 중 60.4%가 수도권에 몰려 있다. 민간 데이터센터의 수도권 비중은 75.3%에 달해 수도권 전력망 부담도 커진다.

데이터센터는 24시간 중단 없이 가동해야 하는 데다 AI 학습과 추론 과정에서 전력 부하가 빠르게 변한다. 안정적인 공급과 탄소중립을 함께 충족할 수 있는 전원 구성이 필요한 이유다.

◆LNG·원전·재생에너지 장단점 뚜렷…지역별 조합 필요

전원별 장단점도 뚜렷하다. LNG 발전은 원전보다 건설 기간이 짧고 수요지 인근에 설치하기 쉬운 데다 배터리를 제외하면 AI 데이터센터의 빠른 부하 변화에 대응할 수 있다. 데이터센터가 자체 LNG 열병합발전소를 건설해 필요한 전력을 조달하는 방식도 가능하다. 

그러나 LNG 발전 확대는 탄소중립 정책과 충돌할 수 있다. 국제 연료 가격에 따라 발전비용이 크게 변하고 데이터센터의 자가발전이 늘어나면 천연가스 민간 직수입도 예상보다 빠르게 증가하기 마련이다. 단기적인 공급 대안은 될 수 있지만 장기적인 주력 전원으로 활용하기에는 한계가 분명하다.

원전은 대규모 무탄소 전력을 안정적으로 공급할 수 있다는 장점을 갖는다. 특히 동해안 원전 인근에 데이터센터를 배치하면 기존 원전을 활용하면서 수도권으로 전력을 보내는 부담도 줄일 수 있다. 다만 신규 원전은 건설에 오랜 시간이 걸리고 주민 수용성 문제도 넘어야 한다.

소형모듈원자로(SMR)는 기존 원전이나 폐석탄발전소 부지를 활용할 수 있지만 아직 상용화 시기와 건설비용, 관련 제도가 불확실하다. 데이터센터의 주요 전력공급원으로 자리 잡기까지 상당한 시간이 필요할 것으로 예상된다. 

재생에너지는 탄소중립에 부합하지만 발전량이 날씨에 따라 달라 데이터센터에 단독으로 전력을 공급하기 어렵다. 기존 전력망을 기반으로 태양광·풍력과 ESS를 결합한 혼합형 공급체계를 구축해야 한다. 

이에 단기적으로 호남과 영남을 중심으로 재생에너지와 에너지저장장치(BESS)를 결합하는 방안이 가장 현실적이라는 분석이 나온다. 다만 재생에너지와 BESS만으로는 데이터센터에 안정적으로 전력을 공급하기 어려워 원전과 LNG 등 기존 발전원을 함께 활용해야 한다는 제언이다.

김철현 에경연 선임연구위원은 "데이터센터 증가로 상업용 천연가스 직수입이 크게 늘면서 정부 예상보다 LNG 민간 직수입이 빠르게 증가할 가능성이 있다"며 "정부는 직수입 제도 개선과 천연가스 공급 안정성 강화 방안을 서둘러 마련해야 한다"고 지적했다.