인공지능(AI) 컴퓨팅 기술의 발달로 데이터 전력 수요가 폭발적으로 증가하고 있어 AI를 위한 전력 확보와 동시에 환경보호를 위한 탈탄소화란 과제도 함께 풀어야 한다는 조언이 나왔다.

AI 기술 패권 경쟁 시대에 전력 인프라는 단순한 에너지 문제를 넘어 산업 경쟁력과 국가 안보를 결정짓는 핵심 자산으로 떠올랐다. 전력 공급 구조를 근본적으로 개편하고 지역 분산형 에너지 체계를 확산하는 동시에 지속 가능한 디지털 인프라 구축으로 첨단산업 경쟁력을 확보해야 한다는 목소리가 나온다. 

13일 한국과학기술기획평가원(KISTEP)이 공개한 'AI로 인한 전력 수요의 폭발적 증가와 대응 방안' 보고서에 따르면 세계 주요 기관들은 AI 기술 도입 본격화로 데이터센터와 AI 인프라 전력 소비가 향후 10년 내 2~3배 이상 늘어날 것으로 예상했다.

국제에너지기구, 골드만삭스 등은 글로벌 AI 데이터센터 기준으로 오는 2030년에 전력 수요가 각각 1000~2000테라와트시, 1040테라와트시로 늘어날 것으로 전망하고 있다.

AI 컴퓨팅은 초대형 딥러닝 모델의 매개변수 증가와 고도의 연산 집약적인 특성으로 인해 기존 IT 작업 대비 훨씬 높은 연산 밀도와 전력 소모를 요구한다.

보고서는 ▲초대형 딥러닝 모델 학습의 기하급수적 연산·전력 증가 ▲수억명을 대상으로 한 AI 실시간 추론 확산 ▲고성능 AI 가속기의 높은 전력 소비 특성 ▲24시간 가동 및 낮은 유휴율·지연 시간 요구도 등이 AI 데이터센터의 전력 수요를 급격하게 끌어올렸다고 진단했다.

KISTEP의 김선교 연구위원은 보고서에서 "글로벌 IT 기업들은 AI 연산 수요에 대응해 데이터센터 인프라 확장과 재생에너지·원자력 등으로 전원 다각화를 추진하는 중"이라면서 "아울러 고효율 냉각기술 연구개발, AI 기반 전력 수요 예측, 스마트그리드 연계 운영을 통해 전력 효율과 연산 성능을 극대화하는 전략을 병행하고 있다"고 설명했다.

마이크로소프트(MS)·아마존·구글 등 미국 빅테크는 핀란드, 펜실베니아, 워싱턴 등지에서 데이터센터 폐열 활용, 원전 전략구매계약(PPA) 체결, 소형모듈원전(SMR) 투자를 통한 청정에너지 인프라 구축에 나서고 있다.

중국 기업인 알리바바와 텐센트는 서부 내륙에 풍력·태양광 기반의 친환경 데이터센터를 설치하고, 자가발전과 마이크로그리드를 통해 재생에너지 비중을 빠르게 늘리고 있는 상황이다.

글로벌 기업들은 AI 기반 냉각 제어, 물 절약형 설계, 침지식 액체 냉각과 같이 에너지 효율을 높이는 기술과 함께 기후 인지형 예측 기술도 적극 도입하고 있다.

구글·MS·아마존은 전력의 탄소 배출량을 고려해 컴퓨팅 작업을 저탄소 시간대나 지역에 맞춰 실행하는 방식인 '탄소 인지 스케줄링'으로 전력망 부담을 낮추고 있다. 중국은 국유 전력망 기업을 중심으로 AI 기반 실시간 부하 예측 및 재생에너지 출력 조정 시스템을 구축해 AI 조류 계산, 무인 변전소 점검 등으로 스마트그리드 전환을 본격화했다.

보고서는 한국이 직면한 전력 확보, 탈탄소화 등 다중 과제를 전략적으로 해결할 필요가 있다고 분석했다. 김 연구위원은 "수도권 중심의 전력 수요 집중과 재생에너지 입지 제약, 송전망 병목 등으로 인해 전력 공급 구조의 근본적 전환이 요구된다"며 "정부는 AI 연산 인프라 유치를 위해 안정적 전원 기반과 재생에너지 PPA 제도, 전력망 보강 방안을 검토해야 한다"고 제언했다.

이어 "전력 공급 측면에서는 고정밀 산업 수요에 적합한 안정적 전원(수소, 원자력·SMR) 확대와 함께 스마트그리드 기반의 지역 분산형 '재생에너지+에너지저장장치(ESS)' 체계 확산이 필요하다"고 조언했다.