자막
[제1025회] AI & POWER
(2026. 03. 13(금), 단국대학교 경제학과 조홍종 교수)
( 조홍종 교수 )
네, 방금 소개받은 단국대 경제학과 조홍종입니다. 저는 평생 경제학을 해온 사람인데요, 어쩌다 보니까 에너지 쪽에서 일을 많이 하고 있습니다. 에너지와 관련된 전공을 하시는 분들도 계실 것이고 상경계 분들도 많아서 에너지에 대한 기본 지식이 어느 정도이신지 모르겠으나, 아마 오늘 들으시는 내용이 거의 처음인 분들이 꽤 있을 거라고 생각합니다. 그래서 제가 문과가 이해하는 전기, 문과가 이해하는 에너지 이런 정도의 수준으로 한번 강의를 해 보도록 하겠습니다.
[ 목차 ] (p.2)
자, 목차는 이렇게 되고요.
[ 1. Evolution of Enegy ] (p.4)
에너지를 지금 인류가 이렇게 써 왔습니다. 산업 혁명 이후로 석탄을 많이 쓰다가 1856년에 석유가 개발되어 석유를 지금까지 약 35%의 에너지원으로 사용하고 있죠. 최근에 호르무즈 해협이 막히면서 다시 원유가가 폭등을 하고 에너지 안보라는 단어가 다시 등장하고 있습니다. 그 정도로 에너지는 전 세계 경제에 미치는 영향이 지대하죠. 그리고 그 위에 보시면 가스(Gas)라고 되어 있죠. 그것이 천연가스라는 것을 쓰는 겁니다. 천연가스가 화학식으로 무엇인지 아십니까? 혹시 모르시죠? CH4, 메탄입니다. 메탄. 그리고 그 위에는 원자력(Nuclear), 재생 에너지(Renewable) 이런 식으로 저희가 에너지를 사용하고 있습니다. 여전히 화석 연료가 80% 정도를 차지하고 있고요. 위에 두 개, 원자력과 재생 에너지는 무탄소, 즉 탄소가 발생하지 않는 전원이 되겠습니다. 그러면 왜 석유를 이렇게 많이 쓸까요? 석유가 아직까지도 가장 많이 쓰이는 이유가 있습니다. 혹시 대답을 해 주실 분 있을까요? 제가 조금 이따가 설명을 다시 드리겠지만 잘 모르시겠죠? 간단합니다. 액체이기 때문입니다. 석유는 액체입니다. 액체는 상온에서 어떤 용기에 담아도 됩니다. 페트병, 드럼통 무엇이든 되죠. 모양을 변화시킬 수 있잖아요. 또 하나가 있습니다. 이동이 자유롭습니다. 비행기에 태워도 되고 배를 태워도 되고 트럭을 태워도 됩니다. 이해되십니까? 무조건 이동이 가능하다, 무조건 비축이 가능합니다. 1년도 저장할 수 있고 2년도 저장할 수 있습니다. 자, 그런데 이제부터 우리는 화석 연료를 줄여야 됩니다. 지구가 뜨거워지고 있습니다. 그러기 위해서 이런 물질들을 줄이려면 청정한 전기의 세상으로 가야 됩니다. 전기로 에너지를 바꾸고 그 에너지원 자체가 청정한 전기 발전기가 되어야 하는 거죠. 그러기 위해서는 전기를 좀 알아야 됩니다. 전기라는 물질은 무엇이냐?
[ 1. 열역학(熱力學, thermodynamics) 법칙 ] (p.5)
자, 이것을 좀 설명해야 되는데요. 제가 방금 앞에서 말씀드렸던 액체가 중요하다는 것을 머릿속에 좀 갖고 계시고요. 열역학 법칙이라고 혹시 들어보셨습니까? 네, 들어보신 분이 한두 분 계십니다. 고개를 끄덕거리시는 분이요. 그럼 간단하게 설명을 하면 1법칙과 2법칙이 제일 중요한데 1법칙은 에너지 보존의 법칙입니다. 닫힌계에서는 에너지가 새로 생성되지 않습니다. 그러니까 태양광이 지구에 들어와야 됩니다. 밖에서 무언가 에너지가 들어와야만 새로운 에너지원이 되고, 또 그것이 나가 주지 않으면 뜨거워지게 됩니다. 에너지가 방출되지 않으면요. 그래서 에너지는 그 계(System)에서는 보존이 된다라는 것이고, 두 번째는 이동의 법칙인데 엔트로피가 늘어나는 방향으로만 에너지는 이동합니다. 간단히 말씀드리면 상온의 액체인 물을 기체로 만들려면 100도 이상으로 열을 넣어서 끓여야 됩니다. 액체인 물을 고체인 얼음으로 만들려면 냉각 장치를 가동해서 에너지를 쏟아부어 냉각을 해야 되죠. 이해되십니까? 그런데 가만히 놔두면 어떻게 됩니까? 기체는 다시 액체로 돌아오고 고체였던 얼음은 액체로 다시 돌아옵니다. 이것이 자연 법칙입니다. 그것을 반대 방향으로 가는 것이 에너지를 소모하게 만드는 방법입니다. 그런데 인류가 지금까지 에너지를 어떻게 썼느냐? 물을 끓여 가면서 인류의 문명을 만들어 왔습니다. 물을 끓이면 어떻게 되죠? 기체가 되고 100도 이상이 되면 압력이 생기고 증기가 나오면서 증기 기관이 돌아가고, 증기 터빈이 돌아가면서 여러분의 노동력을 기계가 대신해 온 상황이 되겠습니다. 그러니까 인간의 역사는 철기 이후로는 불의 역사입니다. 철을 녹여야 되고 물을 끓여야 되고, 그래야만 무언가 모양을 바꿔서 물건을 만들 수 있고 에너지를 생성할 수 있었습니다. 그런데 이럴 때 물을 어떻게 끓였느냐? 탄소(C)와 산소(O2)와 점화원 세 개를 가지고 불을 낸 겁니다. 여러분 C는 무엇이죠? 탄소. O2는 산소, 점화원은 불꽃. 중고등학교 때 연소의 3요소를 배우시면 이 세 개가 불을 일으킨다고 배웠을 겁니다. 탄소는 전 세상에 엄청 많습니다. 그러니까 석탄 발전소 야적장에 석탄이 있는데, 그곳 공기 중에 떠돌아다니는 산소와 마찰만 일으켜도 바람이 싹 불면 불이 붙습니다. 그렇기 때문에 거기에 물을 뿌려 주어야만 화재가 나지 않고 그 연료를 발전기에 넣을 수가 있습니다. 그러니까 지금까지 우리는 이산화탄소(CO2)가 나오게 하면서 매우 편리하면서도 저렴한 열을 얻어 온 겁니다. 거의 공짜 열을 얻어 온 것이죠. 그런데 지금부터 이렇게 하면 안 됩니다. 이산화탄소가 나오면 안 되거든요. 이것은 지구 온난화 물질이거든요. 아까 제가 말씀드렸던 CH4도 지구 온난화 물질입니다. 어쨌든 간에 이것을 줄이면서 불을 일으켜야 돼요. 전기를 만들어야 돼요. 이 세상으로 넘어가는 것이 현재 탄소 중립의 이론적 배경입니다.
[ 1. 전기의 세상 = 주파수, 전압, 위상각 안정도 ] (p.6)
자, 그러면 전기의 세상으로 가야 되는데 전기를 좀 아셔야 되는 딱 두 가지만 제가 원리를 설명드리겠습니다. 첫 번째로 전기는 수요와 공급이 항상 맞아떨어져야 됩니다. 경제학자 입장에서 보면 되게 재미있는 물건입니다. 재미있는 물건이자 서비스인데요. 수요가 생기면 무조건 공급, 공급이 생기면 무조건 수요가 초 단위로 맞아떨어져야 됩니다. 초 단위보다도 더 작게 100분의 1초 단위까지 빛의 속도로 전기가 전달되어 생산 즉시 사용해야 됩니다. 남으면 안 됩니다. 부족해도 안 됩니다. 저기 오른쪽에 있는 추처럼 항상 일정한 주파수를 유지해야 됩니다. 조금 설명하면 길어지게 될 것 같은데, 어쨌든 간에 60Hz의 사인파를 만들어내는 것이 교류 전력인데요. 이렇게 말하면 또 혼란에 빠지실 것 같아서, 무조건 공급과 수요가 일치해야 됩니다. 그러면 공급이 일정하거나 수요가 일정하면 맞추기가 좋겠죠. 지금까지의 발전원들은 대부분 24시간 내내 켜 놓는 원자력 발전, 석탄 발전 등을 중심으로 이루어져 왔습니다. 그러면 공급이 일정하죠. 그리고 수요도 대부분 일정합니다. 낮과 밤에 쓰는 전력 수요가 전날과 오늘이 거의 비슷하거든요. 그래서 저 추를 일정하게 유지하는 것이 어렵지 않았습니다. 그런데 이제 저희가 청정한 발전을 쓰다 보니까 재생 에너지를 많이 사용하고 있습니다. 태양광과 풍력이 이제 주력 재생 에너지원이 될 터인데, 이렇게 되면 태양은 낮에 뜨고 밤에 집니다. 또 낮에도 구름이 끼거나 비가 올 수 있습니다. 그러다가 갑자기 또 해가 뜰 수도 있죠. 이렇게 공급을 담당하는 발전원들이 마구 흔들리기 시작합니다. 공급이 불안정해지니까 추가 계속 흔들리겠죠. 이해되십니까? 바람도 불 때가 있고 안 불 때가 있죠. 그러니까 24시간 중 매 초 단위로 바람이 불고 안 불고가 결정이 됩니다. 그러면 저것을 맞추기 위해서 엄청나게 많은 노력을 하는데 어떻게 하느냐? 태양광 발전량이 많아진다, 바람이 많이 분다. 그러면 다른 발전기를 막 끄는 겁니다. 막 꺼 주어야 돼요. 그래야 공급이 일정해질 것 아니겠습니까? 반대로 태양광이 부족하다면 다른 발전기를 마구마구 켭니다. 그래서 공급을 일정하게 만들어야 됩니다. 그것이 초 단위로 맞아떨어져야 됩니다. 저것을 맞춰 주는 공공 기관이 전력거래소라는 곳이고, 그 전력거래소가 다른 발전기들과 재생 에너지를 믹스해 가며 저 추를 일정하게 맞추기 위해서 노력을 하고 있습니다. 전력은 공급이 많아도 정전이고 공급이 부족해도 정전이 납니다. 이해되십니까? 이것을 이해하고 계셔야 됩니다.
[ 1. 전력 수급 균형(유효전력, 무효전력) ] (p.7)
두 번째, 유효 전력과 무효 전력이라는 것이 있습니다. 처음 들어보시는 분이 대부분일 텐데 유효 전력은 발전소에서 소비지까지 송전망으로 연결되어 있는 전기입니다. 발전소는 전기를 생산하면 바로 보냅니다. 그리고 부족하면 다른 발전기가 빨리 켜서 보내고, 넘쳐나면 그것을 끊어 버리면서 발전을 조절해 보내게 됩니다. 그러니까 발전 용량을 항상 수요 공급에 맞춰야 된다는 뜻이에요. 기존의 발전기들이 이 역할을 하고 있고요. 이제 바깥쪽에 시장에서 팔리지 않는 전기가 있습니다. 그것이 무엇이냐? 주파수 60Hz를 맞추기 위해서 시스템 바깥쪽에서 빠르게 끄고 켜고를 반복해 주는 것들이 필요한 겁니다. 이해되십니까? 주파수를 맞추기 위해서 보조 역할을 하는 전원들이 필요해지게 되는 것이죠. 유연성이 좋고 기동력이 아주 좋은 발전기들이 바깥에서 시장에 전기를 팔지는 않지만 이 시스템의 안정화를 해 주고 있는 겁니다. 저기 오른쪽 아래 그림을 보시면 직진으로 가는 것이 전류예요. 경사면이 있다고 가정하고 사면을 타고 물건을 이동시킬 때 쭉 밀면 아래로 떨어지겠죠. 경사면이 있으니까요. 그러면 밑에서 이것을 받쳐 주는 것들이 있어야 돼요. 그것이 무효 전력이라고 생각하시면 됩니다. 너무 올라가도 안 되고 너무 낮아져도 안 돼요. 반드시 직진하도록 계속 보조를 맞춰 주는 겁니다. 이해되십니까? 그런 전력이 또 필요해집니다. 그러니까 전기의 세상에서는 안정도라는 것이 매우 중요합니다. 60Hz 주파수를 안정적으로 맞추고 전압을 안정적으로 맞추는 시설들이 매우 중요해집니다. 앞에서 말씀드렸던 것처럼 석유는 어떻죠? 이동이 자유롭고 비축이 자유롭습니다. 그런데 전기는 이동이 안 되면 정전이 되고요. 비축이 안 돼도 정전이 됩니다. 비축을 했다가 빨리 내보내지 못해도 정전이 납니다. 그래서 전기는 송전망이 있어야 되고 비축을 할 수 있는 저장 장치들이 무조건 필요해지게 됩니다. 이해되십니까? 석유와 아주 큰 차이점이 있는 겁니다.
[ 1. 인류사적 대전환: AX & GX ] (p.8)
자, 그런 세상에서 에너지 전환이 이루어지고 있습니다. 탄소 중립이 새로운 이슈인데 갑자기 AI가 튀어나왔습니다. 물론 갑자기는 아니고 인공지능이라고 하는 것은 사실 경제학자들에게 매우 익숙한 주제입니다. 왜냐? 선형 회귀 방정식 혹시 들어보셨습니까? 데이터가 주어지면 그 데이터의 가장 평균적인 선을 찾는 일을 저희는 늘 해 왔어요. 데이터가 산점도(Scatter plot)로 찍혀 있으면 직선 하나로 이 점들을 어떻게 가장 잘 설명할 수 있을까? 그래서 거리를 최소화(Minimization) 시켜 주는 공식을 찾아내어 풀면 직선의 방정식이 나오게 됩니다. 이것이 또 어렵다고 하시면 더 자세히 설명할 시간이 너무 길어지고요. 그런데 이 AI가 결국 그 역할을 하는 겁니다. 여러분이 집에서 요즘 다 쓰시죠? 어떤 문장을 물어봐도 찰떡같이 대답을 해 주죠. 그것이 뭡니까? 사람마다 구사하는 문장이 다르고 질문의 형태도 다릅니다. 그런데 인공지능은 그것을 알아듣습니다. 왜? 평균적인 답을 찾아내고 있기 때문입니다. 우리가 선형 회귀 방정식을 푼 것을 조금 더 여러 가지 차원으로 넘어가서 풀고 있는 겁니다. 경제학자들은 이것을 평생 해 오고 있습니다. 그렇기 때문에 AI는 결국 무엇을 해 주느냐? 컴퓨테이션 파워(Computation Power), 이 AI가 결국 미래를 바꾸게 되는데 그 기술의 핵심은 행렬 연산입니다. 컴퓨팅을 빨리 해야 돼요. 그 컴퓨팅에 전기가 들어갑니다. 그래서 앞으로 미래 경제는 AI와 AX(AI Transformation), GX(Green Transformation)로 국가의 경제 성장이 결정될 것이라고 생각하고 있습니다. 이 두 가지를 잘하는 국가가 부강한 나라가 되는 것이죠.
[ 1. 미래 경제성장 결정 요인 ] (p.9)
그래서 이것은 학술적인 이야기보다는 개념적으로 보면, 우리가 경제학에서 생산 함수는 A·F(K, L)이죠. K는 자본(Capital), L은 노동(Labor), A는 기술(Technology)이라고 볼 수 있겠습니다. 과거의 전통적인 생산 함수가 이것이라면, 앞으로는 C(Computation Power)인 GPU와 HBM이라고 하는 반도체를 얼마나 쏟아부을 수 있느냐, 그리고 이 에너지 전력을 얼마만큼 쏟아부을 수 있느냐의 함수이고, P(Physical AI)를 통해 물리적으로 이것을 로봇으로 구현할 수 있느냐로 저는 결정될 것이라고 생각하고 있습니다. 우리는 매우 중요한 경제적 전환점에 서 있는 것이고, AI는 너무너무 중요하며 미래의 부가가치, 국부를 이것이 결정하게 될 것입니다.
[ 1. AI Revolution ] (p.10)
그럼 AI는 전 세계 인류가 지금까지 경험해 온 거의 모든 산업 혁명의 역사를 다 지니고 있습니다. 첫 번째는 증기 기관입니다. 아까 말씀드렸던, 증기 터빈을 돌려 물을 끓였던 것. 그것이 노동을 줄여주었습니다. 노동을 해방시켰죠. 기계가 노동을 줄일 수 있게 대신하지 않았습니까? 그것을 이제 앞으로 휴머노이드가 나오거나 공장 자체가 AI가 되면서 대체합니다. 두 번째는 에너지가 등장했었습니다. 석유가 등장했고 전기가 개발됐어요. 그것도 AI가 앞으로 해결합니다. 그런데 지금 AI는 에너지를 먹는 하마입니다. 전기 먹는 하마예요. 그런데 이제 AI가 효율화가 되면 이것도 해결합니다. 세 번째는 PC, 네 번째는 인터넷입니다. 이 네 가지의 모든 산업 혁명의 역사를 다섯 번째인 AI가 다 해결합니다. 그래서 위에 있는 상품, 서비스, 노동, 교육, 금융, 에너지 시장까지 우리가 알고 있는 거의 모든 시장적 문제와 경제적 문제를 AI로 해결하게 되고, AI 지배력(Dominance)을 갖고 가는 나라가 글로벌 경제 패권을 쥘 것입니다. 그것이 미국과 중국의 현재 경제 싸움이고, 우리가 거기에 미력하나마 도전하고 있다, 이렇게 보입니다.
[ 1. AI Evolution ] (p.11)
지금 저기 아저씨는 젠슨 황 형님인데요. 저 형님께서 어떻게 AI가 진화할 것이라고 하셨냐면요. 우리가 지금 하고 있는 언어 모델, LLM이라고 하는 거대 언어 모델을 넘어서서 음성 표현(Verbal Expression)은 이미 다 정복하고 있습니다. 그런데 이것이 이제 앞으로 어디까지 가느냐 하면, 인간의 말이 아니라 시각 정보를 받아들여서 로봇, 휴머노이드, 피지컬 AI(Physical AI)까지 가고, 현재는 에이전틱 AI(Agentic AI)를 사용하고 있습니다. 그러니까 시각 정보를 받아들인다는 것은 여러분이 말이나 글로 쓰는 것보다 50배 이상의 정보를 눈으로 받아들이게 된다는 뜻입니다. 그 정보를 빠르게 처리하는 AI, 그것에 어떤 식으로든 답을 주는 AI, 공장에서 기계가 눈으로 파악하는 것을 카메라를 달아서 파악하는 AI, 이런 것들이 앞으로 모든 제조업을 바꾸게 됩니다. 공장에서 사람이 보이면 그 공장은 끝납니다. 이제 인력, 즉 노동의 문제가 앞으로 심각한 문제가 될 것이라고 생각합니다. 일을 하는 사람과 안 하는 사람의 빈부격차와 노동의 구조 문제를 어떻게 해결할까 하는 것은 향후 경제학자들의 커다란 숙제가 될 것이라고 생각합니다.
[ 1. Beyond LLM Ecosystem ] (p.12)
지금 우리가 보고 있는 것처럼 저 많은 글로벌 빅테크 대기업들이 거대 언어 모델(LLM)을 이미 넘어서고 있습니다. 이 언어 모델을 넘어서면 무엇이 나오느냐? 지금 보시다시피 메타(Meta), 오픈AI, 엔비디아, 삼성, SK하이닉스 등등이 다 여기에 공급을 하고 있고, 이제 LLM을 넘어서는 피지컬 AI(Physical AI) 기반의 다크 팩토리(Dark Factory)로 넘어가게 됩니다. 다크 팩토리는 공장 안에 불을 켜지 않아도 되는 공장입니다. 왜냐하면 AI가 모든 것을 생산할 것이기 때문입니다. 인간이 필요 없는 공장인 것이죠. 그다음에 심층 추론, 그리고 인과 분석(Causal Analysis)입니다. 우리가 AI와 경제학자들의 가장 근본적인 차이점이 있습니다. AI는 상관관계 분석을 기본으로 합니다. 패턴을 맞춰 주는 것이죠. 여러분도 지브리 스타일 그림을 그려 보셨죠? 얼마든지 예쁘게 잘 그려 줍니다. 왜냐하면 상관관계만 보고 있기 때문입니다. 보간법(Interpolation)으로 연결만 잘하면 되기 때문이죠. 하지만 경제학자는 연결의 방향이 또 중요합니다. A, B, C, D라는 인과 관계를 경제학자는 찾아내고 싶어 합니다. 아직까지 AI는 그것을 완벽하게 해내기는 어렵지만 점점 기술이 좋아지고 있습니다.
[ 1. World Model(Cosmos by Nvidia ] (p.13)
그다음에 제가 앞서 시각 정보가 중요하다고 했는데, 왼쪽 밑에 보시는 것처럼 저것은 자율주행을 디지털 트윈(Digital Twin)으로 만든 것입니다. 전 세계 모든 도로를 그래픽화합니다. 그리고 거기서 트레이닝을 합니다. 그러니까 실험실의 컴퓨팅 파워 안에서 트레이닝을 한 다음에 그냥 자동차에 다운로드를 받으면 자율 주행을 바로 할 수 있습니다. 이제부터는 도로를 직접 돌아다닐 필요가 없습니다. 피지컬 AI가 되려면 저런 디지털 트윈 세상이 옵니다. 데이터를 엄청나게 획득하고 정보를 처리하는 것을 순식간에 해내야 됩니다. 그것이 컴퓨팅 파워와 에너지 향상으로 가능한 일입니다. 두 번째는 공장인데요. 공장을 그대로 디지털 트윈으로 만들고 학습을 하여 그대로 공장에 심으면 그 공장 자체가 AI로 돌아가게 됩니다. 앞으로 이런 세상을 살게 될 것인데, 이것은 엔비디아가 만들고 있는 코스모스(Cosmos)라고 부르는 월드 모델(World Model)입니다. 인터넷에 코스모스라고 검색해서 들어가 보시면 저 내용이 모두 동영상으로 설명이 되어 있습니다.
[ 1. AI = Computing Power ] (p.14)
그래서 컴퓨팅 파워는 어떻게 발전했느냐? 저희가 AI에 대한 이론적인 딥러닝(Deep Learning)은 이미 1970년대부터 인공신경망 모델을 통해서 다 이론적으로 알고 있었습니다. 그런데 2010년도부터 GPU라는 것과 HBM이라는 개념이 등장하면서 병렬 연산이 가능해졌습니다. 무슨 뜻이냐? 1부터 100까지 더하기를 할 때 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 이렇게 순차적으로 100까지 더하면 시간이 무척 오래 걸립니다. 그런데 1부터 10까지는 A 프로세서가 하고, 11부터 20까지는 B 프로세서가 하는 식으로 10개로 쪼개서 연산을 하면 속도가 10배로 빨라지겠죠. 그리고 그것을 읽고 쓰기 하는 HBM 메모리에 썼다가 지웠다가 읽었다가 하기만 하면 계산이 빨라지는 겁니다. 병렬 계산을 하기 시작한 것이죠. 그래서 2010년도부터 획기적으로 모델링이 좋아지면서 지금의 컴퓨팅 파워를 가능하게 했고, 요즘 AI는 질문하자마자 답을 주기 시작합니다. 아무리 복잡한 질문을 해도 데이터를 어디선가 찾아와서 학습하고 그 결과로 나에게 결론을 줍니다. 제가 요즘에는 조교 한 명을 쓰지 않아도 될 정도로 좋아지고 있습니다. 하지만 구독료가 너무 많이 나가고 있습니다.
[ 1. AI = Electric Power ] (p.15)
자, 앞에서 컴퓨테이션 파워 곱하기 에너지라고 했습니다. 에너지는 결국 전기가 들어가야 됩니다. 전기가 들어가면 0과 1을 처리하는 디지털 트랜지스터가 깜빡깜빡하면서 이 메모리 반도체와 GPU를 계산하고 읽고 쓰기를 동시에 진행하게 됩니다. 그러면 어느 정도 전기를 쓰느냐? 우리나라가 한 해 550테라와트시(TWh)를 쓴다는 숫자를 기억하십시오. 그냥 550을 쓴다고 생각하시면 됩니다. 그런데 미국 혼자서 데이터 센터에만 500테라와트시(TWh)를 쓰게 됩니다. 우리나라가 1년 동안 쓰는 전기를 미국은 데이터 센터 안에서 다 쓰게 되는 셈입니다. 전체 전력 소비량의 10%~15% 가까운 양을 데이터 센터 혼자 쓰게 됩니다. 전 세계적으로 보면 데이터 센터 비중의 60%가 거의 미국에 있기 때문에, 약 1,000테라와트시(TWh) 정도를 전 세계가 AI를 가동하기 위해서 사용하게 될 것입니다. 그러니까 우리나라가 1년 쓰는 전력량의 두 배 정도를 AI 혼자 소비하게 됩니다.
[ 1. US 데이터센터 현황 및 계획 ] (p.16)
여러분, 집에서 요즘 구글 검색 하시죠? 그러면 그 밑에 AI 답변이 바로 달려 나오죠. 그렇게 검색을 하면 전기를 기존보다 한 30배 정도 더 쓰게 되는 것입니다. 이것은 미국의 데이터 센터 현황인데요. 버지니아 쪽에 데이터 센터가 굉장히 많고, 앞으로 계획되고 있는 것들은 캘리포니아나 텍사스 지역으로 옮겨갈 것이라고 예상합니다. 그러면 버지니아에 왜 이렇게 데이터 센터가 많을까요? 전력이 풍부하기 때문입니다. 발전소가 많습니다. 그리고 그곳은 통신망이 좋습니다. 워싱턴 D.C.를 끼고 있기 때문에 대부분의 중요한 정보를 처리하는 데이터 센터들이 그 지역으로 들어오려고 합니다. 결국 전기의 문제가 핵심이라는 것입니다. 그리고 제가 또 하나 통신망이 중요하다고 했죠. 이 통신망이 길어지면 지연(Lag)이 생깁니다. 전기는 빛의 속도로 돌아다니기 때문에 거리가 조금 멀어도 상관은 없습니다. 하지만 통신은 동영상이 끊어진다고 생각해 보십시오. 렉이 걸려서 버벅거리면 보시겠습니까? 금융 상품을 거래해야 되는데 갑자기 렉이 걸려서 1~2초 늦게 거래가 체결된다고 생각해 보세요. 참으시겠습니까? 못 참죠. 그래서 통신망이 중요하기 때문에 데이터 센터는 대도시 근처로 들어가고 싶어 합니다. 그러다 보니 요즘 미국 대도시 근처의 전력 요금이 폭등을 하고 있습니다. 특정 지역에 데이터 센터가 너무 많이 들어와서 전기를 대량으로 쓰는데, 전기 인프라 시설은 충분하지 않다 보니까 요금이 폭등하고 있는 것입니다. 그래서 미국에서 무엇을 만들었느냐?
[ 1. US AI 정책 및 전력문제 ] (p.17)
긴급 전력 경매라는 것을 하기 시작합니다. 지금 미국은 AI에 거의 목숨을 걸었습니다. 중국과의 경쟁에 국가의 운명을 걸고 있습니다. 그것이 바로 제네시스 미션(Genesis Mission)이라는 것입니다. 과거 핵무기를 개발했던 맨해튼 프로젝트(Manhattan Project)가 있었는데, 지금 이것은 맨해튼 프로젝트 포 AI(Manhattan Project for AI)라고 부르고 있습니다. 미국 전체 과학계의 발전과 앞으로의 생산성 향상을 AI로 모두 달성하겠다는 것입니다. 그런데 이것을 하려고 보았더니 전력 문제가 발목을 잡습니다. 전력 설비가 부족했기 때문인데요. 결국 전력이 부족하니 전기 요금이 오르고 대정전의 위험이 생기게 됩니다. 또 발전소를 너무 많이 짓다 보면 환경 문제가 생기고, 인프라가 부족해져서 전력망이 불안정해지게 됩니다. 앞서 말씀드린 것처럼 60Hz를 맞춰야 하고 관성을 제공해야 하며 무효 전력이 필요한데, 그것이 부족한 상황입니다. 따라서 발전 설비가 많이 필요해지게 되었습니다. 미국이 오랫동안 전력망 건설을 안 하고 있다가 지금 갑자기 대규모로 건설하기 시작하니까, 우리나라 전력 기자재 업체들이 폭발적으로 수출을 하고 있습니다. 주식을 하시는 분들은 아시겠지만 요즘 가스 터빈이나 송전선, 변압기, 변전기, 차단기 등 우리나라 기업들의 제품이 굉장한 수출 효자 상품으로 등장하고 있습니다. 미국이 그것들을 다 사들이고 있습니다. 그러다 보니 전력 가격 상승을 막기 위해 이제부터 데이터 센터 업체들에게 "너희 발전기는 너희가 지어라(Build your own power)"라고 요구하고 있습니다. 그래서 미국은 지금 긴급 전력 경매라는 것을 진행하고 있습니다. "앞으로는 데이터 센터로 인해 일반 소비자의 전력 요금을 올리지 마라. 그만큼의 비용을 너희 빅테크가 다 내라. 그러면 데이터 센터 건설을 허락해 주겠다." 이런 식으로 진행이 되고 있어서, 빅테크 기업들이 직접 발전소를 짓거나 송전망을 자체적으로 건설하는 모델로 넘어가고 있습니다. 그래서 돈이 천문학적으로 들어갑니다. 지금은 그런 전력 인프라 비용 문제를 어떻게 해결할 것이냐가 핵심입니다.
[ 1. China 데이터센터 현황 및 계획 ] (p.18)
중국도 미국과의 경쟁에서 지지 않기 위해서 엄청나게 많은 설비를 넣고 있습니다. 오래전부터 중국은 미국보다 훨씬 많은 전력 문제를 준비해 왔습니다. 이를 서전동송이라고 부르는데요. 서쪽 지역이 태양광 발전소를 짓기 매우 좋습니다. 대부분 사막입니다. 사막이 있으면 너무너무 좋습니다. 그리고 땅이 옆으로 길면 태양광 발전을 하기 좋습니다. 왜 그럴까요? 태양이 지나가면서 시간대가 한 네 개만 있어도, 한쪽은 밤이지만 다른 쪽은 아직 낮인 상황이 한 나라 안에 다 존재할 수 있기 때문입니다. 그런데 우리는 영토가 굉장히 좁죠. 그냥 그대로 지나갑니다. 발전량이 충분히 안 나오는 것이죠. 그렇지만 중국은 다릅니다. 미국도 다릅니다. 그래서 태양광도 엄청나게 짓고, 전기를 이송하는 것이 중요하다고 제가 말씀드렸던 것처럼 송전망을 깔아야 됩니다. 생산한 전기를 동쪽에 있는 상하이나 산업 단지까지 보내기 위해 끊임없이 송전망을 짓고 있습니다. 그런데 중국은 기본적으로 토지에 대한 소유권이 개인에게 없습니다. 국가가 가지고 있죠. 그러니까 토지 보상을 적게 하면서 송전망을 쭉쭉 연결할 수 있어서 사실 우리나라보다 기술력이 훨씬 좋고, 이미 설치 길이만 해도 천문학적인 길이를 설치하고 있습니다. 그리고 동쪽 해안에는 원자력 발전소를 짓고 여러 가지 전원을 모두 믹스해서 다 사용한다는 것이 중국의 정책입니다.
[ 1. China AI 정책 및 전력문제 ] (p.19)
국가 주도의 성장 전략, 중국은 AI를 이미 20년 전부터 준비해 왔습니다. 반도체 굴기이죠. 사실 반도체는 노광 장비라고 하는 EUV, 즉 빛을 쪼여서 회로를 나노 단위로 그릴 수 있는 식각 공정 장비를 네덜란드의 ASML이라는 업체만 생산할 수 있는데, 중국은 이것을 자국산화하겠다고 개발하고 있으며 현재 모든 반도체 기술을 쫓아오고 있습니다. 특히 메모리 반도체는 만들기 어렵고 우리나라 기업들이 거의 90% 점유율을 갖고 있습니다만, 범용 반도체는 이미 거의 다 쫓아오고 있고 그 모든 것을 전력의 문제로 해결하고 있습니다. 그런데 중국에도 에너지 문제가 있습니다. 송전망의 길이가 점점 길어집니다. 왜 그럴까요? 재생 에너지 단지를 중심으로 발전을 시키고 있는데, 발전소는 대부분 먼 사막 지역에 있기 때문입니다. 내몽골이라든가 구글 어스를 돌려 보시면 태양광 패널을 찾을 수가 있습니다. 한번 돌려보시면 재밌습니다. 사막에 엄청나게 새까맣게 깔리고 있습니다. 그 전기를 동해안에 있는 지역까지 보내기 위해 수천 km의 송전망을 깝니다. 어려운 작업이지만 중국은 그것을 하고 있습니다. 댐도 엄청나게 짓습니다. 싼샤댐이라고 들어보셨습니까? 물을 엄청나게 가두고 있는 25GW짜리 댐인데요, 우리나라 전체 발전 설비 용량이 약 150GW입니다. 그런데 댐 하나가 25GW입니다. 지금 히말라야에 댐을 짓겠다고 발표하고 건설을 시작했는데 그 댐 하나가 75GW입니다. 우리나라 전체 발전 용량의 절반 규모입니다. 댐 하나가 그 정도로 스케일이 큽니다. 물론 영토가 넓은 대국이고 물이 많으며 재생 에너지 설비를 지을 수 있는 땅이 워낙 좋기 때문이기도 하지만, 다양한 형태의 정부 정책을 통해 전력을 충분히 공급해서 미국을 따라잡겠다는 것입니다. 이것이 목표인데, 결국 중국도 송전망 인프라를 까는 것이 매우 중요해지고 있습니다. 그리고 에너지 저장 장치, 우리가 보통 배터리 ESS라고 부르는 LFP(리튬 인산철) 같은 배터리를 설치해 놓고 태양광 발전량이 많을 때 저장을 합니다. 전력이 부족하면 배터리에서 내보내면 되겠죠. 이런 설비도 짓고 있습니다. 현재 거의 전 세계 탑을 찍고 있고 우리나라 마켓 점유율은 점점 줄어들고 있습니다. 그다음 원자력 발전소도 현재 60개 정도 있는데 110개까지 증가시키겠다고 발표하고 있어서, 전력을 그야말로 막대하게 공급하겠다는 것이 중국의 정책입니다. 그리고 전기 요금을 인하해 줍니다. 산업 단지와 AI 산업에 거의 절반 수준의 전력 요금을 제공하겠다는 것이 중국의 핵심 정책입니다. 그래야 전기를 싸게 많이 써서 AI 개발을 충분히 할 수 있으니까요. 우리 뉴스에 보시면 최근에 서울대도 전기가 부족하다는 내용이 나옵니다. 이런 뉴스를 아마 보셨을 겁니다. AI 연구를 하려면 24시간 풀로 학습을 돌려야 되고 추론을 해야 됩니다. 전기가 없으면 돌릴 수가 없습니다.
[ 1. US & China Power Gap ] (p.20)
이것이 중국과 미국의 차이입니다. 미국은 2010년도 이후로 컴퓨테이션 파워는 엄청나게 빨리 발달했지만 전력 설비는 늘리지 않았습니다. 왜냐하면 제조업이 없었기 때문입니다. 그렇기 때문에 전기를 많이 사용하지 않았습니다. 하지만 중국을 보십시오. 어마어마합니다. 이미 미국의 2.5배에서 3배 정도의 전기를 사용하고 있습니다. 저것이 어느 정도의 규모냐 하면, 말하기가 무색할 정도로 막대한 재원을 쏟아부었다는 뜻입니다. 저런 발전소들을 지어서 저렇게 많은 전기를 생산하고 있다는 것, 그것은 중국이 그만큼 제조업을 키웠고 그 제조업을 유지하기 위해 전기를 몽땅 쏟아부었으며 값싼 전기로 제조업의 경쟁력을 일으켰다는 뜻입니다. 그리고 지금은 그것이 AI의 근간이 되고 있습니다. 미국이 저것을 따라잡겠다고 이제 와서 부랴부랴 투자를 늘리고 있기 때문에 우리나라의 전력 업체들, 가스 터빈이나 전력 기자재 업체들이 그 흐름에 올라타고 있는 겁니다. 지금 주식하시는 분들은 아시겠지만, 작년 대비 이런 전력 관련 주식들은 거의 열 배 정도 올랐습니다.
[ 1. US vs China Power Mix (capacity & production) ] (p.21)
그래서 미국과 중국의 이 틈바구니 안에서 우리는 AI 3강을 외치고 있습니다. 세 번째 국가가 되겠다, 3등은 해야 되겠다는 것이죠. 그런데 진짜 3등입니다. 왜 3등인지 아십니까? 다른 나라들도 다 3등이기 때문입니다. 미국과 중국을 빼고는 일단 다 똑같습니다. 하향 평준화된 3등이죠. 그중에서도 그래도 우리가 유리한 점이 있습니다. 반도체를 갖고 있다는 것입니다. 메모리 반도체는 전 세계 1등입니다. 그 메모리 반도체가 앞으로 GPU 역할까지 할 수 있는 길을 열어가고 있습니다. 그리고 그 GPU를 구입해서 들여오면 전기를 공급해 주어야 하는데, 충분하고 안정적으로 공급해야 됩니다. 전력이 흔들리면 안 됩니다. 데이터 센터에 들어가는 전기는 절대로 주파수가 흔들리면 안 된다는 뜻입니다. 60Hz에서 0.5Hz만 벗어나도 정전이 납니다. 100분의 1초 단위로 맞춰야 합니다. 이해되십니까? 그 정도로 신뢰도, 안정도와 공급량이 중요해지고 있습니다. 그러면 저는 우리나라 입장에서 이 두 방향 사이 어딘가에 답이 있을 것이라고 생각합니다. 워낙 지리적 여건이 다르고 저희의 산업 여건, 그리고 앞으로의 경제 성장에 대한 구조적인 조건이 다르기 때문에 기본적으로는 지리적 여건이 중요합니다. 재생 에너지 중심으로 가야 되는데, 재생 에너지를 생산할 수 있는 땅, 즉 태양광을 많이 비출 수 있는 땅이 있느냐의 문제입니다. 우리는 중국과 비교가 불가능합니다. 사막과 우리는 비교할 수가 없죠. 바람이 많이 불어서 풍력 발전기를 세울 수 있는 바다가 있느냐, 그런 곳을 찾아내야 되겠죠. 그렇지만 환경적 차이가 좀 있습니다. 그리고 또 하나, 전력은 앞서 이송이 어렵다고 했죠. 남거나 부족한 것 둘 다 안 된다고 했습니다. 그러면 유럽은 이것을 어떻게 해결할까요? 중국이나 미국은 넓은 영토 내에서 송전망을 연결합니다. 유럽은 모든 나라가 송전망이 거의 연결되어 있다고 보시면 되고, 독일은 11개 국가와 송전망이 연결되어 있습니다. 그런데 우리는 송전망이 연결된 국가가 있을까요? 없죠. 북한과는 당연히 연결이 안 되겠고요. 삼면이 바다인 것은 아주 좋지만, 전력망 연결은 안 됩니다. 그래서 이를 단일 계통이라고 합니다. 혼자서 전력이 남고 부족한 것을 다 해결해야 됩니다. 독일 같은 경우에는 전력이 남으면 옆 나라에 팔고 부족하면 옆 나라의 전력을 사 올 수 있습니다. 그런데 우리는 혼자서 그것을 다 해결해야 됩니다. 그것을 단일 계통이라고 부르며, 그렇기 때문에 국내에 송전망을 더 건설해야 되는데, 막상 건설하려고 보면 송전망이 지나가는 지역의 주민들이 반대를 많이 하십니다. 왜냐하면 재산 손실이 생길 수 있기 때문입니다. 부동산 가격이 떨어질 수도 있고, 저주파나 전자파 피해의 위험이 있다고 생각하시는 분들도 있어서 건설이 너무너무 어렵습니다. 하지만 전기는 이송이 안 되면 바로 정전입니다. 배터리에 충전을 해도 언젠가는 수요지로 보내야 되니까 송전망이 꼭 있어야 됩니다. 적절한 송전망 건설이 필수적입니다. 그리고 유연한 발전기도 필요합니다. 아까 말씀드린 대로 재생 에너지는 언제 발전이 될지, 언제 끊어질지 모르기 때문에 이 변동성을 맞춰 주는 다른 발전기들이 있어야 됩니다. 그 외에도 차단기나 인버터 등 계통 안정화 설비들이 모두 들어가야 됩니다. 그다음, 발전 시설과 산업 단지가 가까우면 송전망을 적게 건설해도 되겠죠. 그러면 국토 전체를 놓고 우리는 최적화(Optimization)를 해야 됩니다. '최적의 발전소 위치는 어디인가?', '최적의 산업 단지는 어디로 가야 할까?' 이런 지리적 배분 문제를 지금은 심각하게 고민해야 되고, 동시 최적화(Simultaneous Optimization)를 해야 되는 상황입니다. 게다가 우리나라 산업 구조는 에너지 다소비 구조로 되어 있습니다. 반도체는 전기를 엄청 먹습니다. 철강도 엄청난 에너지를 소모하는 산업입니다. 그리고 자동차, 조선 등 중후장대한 제조업을 모두 보유하고 있는 나라가 세계적으로 거의 없습니다. 우리나라는 에너지를 매우 많이 소비하는 국가로서, 이 산업 구조 안에서 에너지를 어떻게 효율적으로 사용하고 AI 구동을 위한 전기를 얼마나 더 보내줄 수 있을까를 고민해야 된다는 것입니다. 그리고 미래의 인구 구조가 매우 나빠지고 있죠. 저출산과 고령화가 심각해지고 있어서, 앞으로 세금 구조나 설비 투자 비용을 어떻게 회수할 것인지가 문제입니다. '누가 돈을 댈 것인가?', '누가 전기 요금을 더 낼 것인가?', '그 비용을 누구한테 걷어서 이 설비들을 설치할 것인가?'가 중요해집니다. 미래에도 경제가 성장해야 되고, 여러분 같은 젊은 세대에게 양질의 일자리가 있어야 되지 않겠습니까? 그런 의미에서 제조업은 중요하고, AI는 그것을 단순히 보조해 주는 것을 넘어 진짜 핵심 비즈니스가 될 것입니다.
[ 1. 미국과 중국 사례로 본 AIDC 전력공급 방안 ] (p.22)
그래서 미국과 중국은 다릅니다. 전력 확보 측면, 에너지 효율 강화 측면, AI 활용 측면, 반도체 생산 측면 등 모든 부분에서 치열하게 경쟁이 발생하고 있습니다. 사실 전력을 확보하는 것도 중요하지만 에너지를 효율적으로 쓰는 부분에서도 AI가 획기적인 역할을 해야 됩니다. 아까 제가 발전을 하면 전기를 바로 소비지로 보내 줘야 한다고 했잖아요. 그리고 공급을 맞추기 위해 다른 발전기를 계속 껐다 켰다 해야 한다고 했죠. 이것을 아직까지는 인간이 통제하고 있습니다. 이것을 AI가 하도록 만들어 줘야 됩니다. 그러면 계통 운영이 효율화되고, 그 효율화로 인해서 전력 비용이 낮아지며 송전망을 더 적게 설치할 수 있게 됩니다. 요즘은 그런 논문도 나왔습니다. 제가 혼자 연구해서 논문을 쓰는 것과 AI를 통해서 논문을 쓰는 것 중, 어느 쪽이 탄소(CO2)를 더 감축할까요? AI가 훨씬 많이 감축을 합니다. 왜 그럴까요? 저는 몇 달이 걸려서 혼자 써야 되지만, AI는 뚝딱뚝딱 하면 한 시간 만에도 논문을 내놓기 때문입니다. 물론 잘못된 결론도 많이 나올 수 있으니 검증은 해야 되겠죠. 어쨌든 CO2를 줄이는 데에도 AI가 획기적인 역할을 하게 됩니다.
[ 1. 글로벌 AI 데이터센터 전력수요 & 전력공급 전망 ] (p.23)
그리고 미국은 전력의 종류를 가리지 않습니다. 지금은 어떤 전기든지 있기만 하면 다 씁니다. 돈을 더 주더라도 나는 AI 데이터 센터를 짓겠다는 입장입니다. 그래서 중국과 미국의 공통점은 결국 모든 종류의 전기를 가리지 않고 다 쓴다는 것입니다. 물론 중국이 재생 에너지를 훨씬 더 많이 개발하고 있기는 합니다. 아, 제가 앞에서 잠깐 빼먹은 것이 있는데, 중국 쪽을 보시면 태양광 발전 설비 용량이 이미 1,200GW 규모로 구축되어 있습니다. 그리고 제일 밑에 화력 발전 용량이 1,500GW가 있죠. 중국은 석탄 화력과 재생 에너지 설비를 거의 동등한 규모로 가지고 있습니다. 하지만 실제 발전량을 보려면 설비 용량에 발전 시간을 곱해야 합니다. 얼마나 오랫동안 발전을 했느냐를 따져보면 압도적으로 아직도 중국은 화력 발전량이 많습니다. 중국의 CO2 배출량은 전 세계 배출량의 30%를 차지합니다. 우리나라는 1.5% 정도를 차지하고 있습니다.
[ 1. Big Tech’s Gas Power ] (p.24)
그래서 미국의 빅테크 기업들은 가스 발전에 주목하고 있습니다. 가스 발전소는 2년 안에 지을 수 있기 때문에 가스 터빈을 적극적으로 수입하고 있으며, 최근 우리 국내 기업이 일론 머스크의 xAI에 터빈을 팔기 시작했습니다. 이는 엄청난 일입니다. 여러분, 가스 터빈을 나중에 한번 찾아보시면 기계 공학의 꽃이라고 볼 수 있는 기술입니다. 그런 고부가가치 제품을 이미 수출하고 있다는 것이 우리나라 기업의 기술 경쟁력입니다.
[ 1. Fuel cell(by Bloom Energy) ] (p.25)
그리고 연료 전지라는 것도 있습니다. 이것은 화학적 반응을 통해 수소를 이용해 전기를 생산하는 장치인데요. 이것은 6개월 만에 1기가와트 단위로 설치가 가능하며 스택처럼 차곡차곡 쌓을 수 있습니다. 그래서 미국의 '블룸 에너지(Bloom Energy)'라는 회사의 주가가 작년과 올해에 걸쳐 10배 가까이 뛰기도 했습니다.
[ 1. Big Tech’s Nuclear Power & SMR(Small Modular Reactor) ] (p.26)
그리고 이것은 AI 산업을 이끄는 빅테크들이 최근 매우 관심을 갖고 있는 기술인데, 바로 SMR(Small Modular Reactor)입니다. 소형 모듈 원자로, 즉 크기가 작은 원자로입니다. 지금 우리가 주로 쓰는 대형 원전이 1,400MW급이라면, SMR은 70~90MW, 또는 150MW 정도 되는 소형 원자로를 만들어서 온사이트(On-site), 즉 AI 데이터 센터 바로 옆에 붙여서 전력을 공급하는 것입니다. 이렇게 하면 전력 공급의 안정도가 매우 높아집니다. 그리고 소형이기 때문에 소비지 가깝게 놓을 수 있고, 대규모 송전망을 짓지 않아도 바로 옆에 지을 수 있는 분산 전원 형태의 발전소인데 현재 열심히 개발 중입니다. 아직까지는 기술적으로 실험을 하고 있는 단계입니다만, 빅테크 기업들이 여기에 엄청난 관심을 갖고 투자를 하고 있습니다. 마이크로소프트, 구글, 아마존, 메타, 오픈AI 등이 모두 투자하고 있고, 우리나라 기업들도 보시다시피 빌 게이츠의 테라파워(TerraPower), 뉴스케일(NuScale), 오클로(Oklo) 같은 SMR 기업들에 투자를 하고 있는 상황입니다. 분명 중요한 미래 기술이 될 것 같습니다.
[ 1. 글로벌 AIDC 입지 선정 성공 vs 실패 사례 비교 ] (p.27)
그래서 데이터 센터 입지의 성공과 실패 사례를 보면, 일단 전력을 충분히 공급할 수 있는 나라들이 성공을 합니다. 그리고 냉각이 매우 중요합니다. AI 데이터 센터는 연산을 하는 데에도 막대한 전기가 들어가지만, 컴퓨터가 쉴 새 없이 연산을 하다 보면 엄청나게 뜨거워지지 않습니까? 그때 발생하는 열을 식히기 위한 냉각 전력이 또 대규모로 필요합니다. 물론 공랭식을 할 수도 있고 수랭식을 할 수도 있는데, 아이슬란드 같은 나라는 차가운 기후 자체로 돈을 법니다. 천연 얼음 창고를 빌려 주는 것이죠. 서늘한 기후의 창고 안에 데이터 센터를 넣어 버리는 겁니다. 요즘에는 냉각 효율을 높이기 위해 데이터 센터를 아예 바닷물 속에 넣겠다는 아이디어도 나옵니다. 심지어 일론 머스크는 우주 공간에 띄우겠다는, 다소 허황될 수도 있는 장대한 이야기까지 하고 있습니다만 결국 본질은 전력 소비와 냉각 문제를 해결하기 위한 것이 핵심이라는 뜻입니다.
[ 2. AIDC 전력 문제 ] (p.29)
그다음에 우리나라의 해결 방안을 좀 보겠습니다. 저는 우리나라 입장에서 AI 도입이 정말 시급한 상황이라고 생각합니다. 왜냐하면 우리는 제조업 비중이 엄청나게 높은 나라이기 때문입니다. 제조업이 전체 GDP의 30%를 차지합니다. 전 세계 주요국 중 GDP의 30% 정도를 제조업이 차지하는 국가는 독일도 아니고 일본도 아닌 바로 대한민국입니다. 대한민국의 제조업은 아까도 말씀드렸지만 단순한 공장 자동화를 넘어서, 인력이 필요 없는 AI 다크 팩토리(Dark Factory)를 만들어 내지 않으면 중국과의 경쟁에서 밀리게 됩니다. 반도체를 빼고는 거의 모든 제조업 분야가 지금 중국과의 경쟁에서 뒤처지고 있습니다. 그러면 어떻게 제조업의 경쟁력을 다시 되살려야 할까요? 우리는 그것을 매뉴팩처링 AX(Manufacturing AI Transformation)라고 부릅니다. 제조업의 AI 전환은 결국 안정적인 전력을 얼마만큼 제때 전달해 줄 수 있느냐에 달렸습니다. 고밀도 AI 데이터 센터에 그 막대한 전기를 충분히 공급해 줄 수 있느냐가 첫 번째 문제고, 두 번째는 전력의 품질입니다. 앞서 말씀드렸다시피 전압과 주파수가 출렁거리면 안 됩니다. 항상 일정한 주파수 60Hz를 맞추도록, 100분의 1초 단위로 주파수가 0.5Hz 이상 벗어나지 않게 고품질 전력을 끊임없이 보내 주어야 합니다. 그 안정도, 그리고 데이터가 손실되지 않도록 전기가 절대 끊어지지 않는 높은 신뢰도의 보안 설비들이 필수적으로 들어가야 된다는 것입니다.
[ 2. AIDC 유형별 인프라 및 전력 구성 비교 ] (p.30)
그런데 AI 데이터 센터는 크게 학습용과 추론용이 있습니다. 학습용은 왼쪽 아래 그래프에서 보시는 것처럼 전력 부하가 일정합니다. 학습 연산이 24시간 내내 계속 돌아가기 때문에 전력을 끊임없이 소비하고 부하가 출렁거리지 않죠. 그러면 이런 학습용 데이터 센터는 기저 전원과 매칭시켜 주어야 합니다. 즉, 일정한 전력을 계속 뿜어내는 발전원과 연결해 줘야 합니다. 반면에 오른쪽에 보시는 추론용은, 사용자가 질문을 하면 AI가 생각해서 딥 인퍼런스(Deep Inference)를 거쳐 답을 내놓기 때문에 전력 사용 패턴이 막 왔다 갔다 출렁입니다. 사용 패턴이 그렇게 변동성이 클 때는 재생 에너지 같은 다른 발전기와 매칭을 한다든가, 지리적 여건이 충분히 유연한 곳으로 입지를 정할 수 있습니다. 그래서 AI 유형별로 이러한 전력 소비 구조의 차이를 알고 있어야 한다는 것입니다.
[ 2. Hyperscale & Colocation AIDC solution ] (p.31)
그래서 지금은 규모가 굉장히 큰 하이퍼스케일(Hyperscale)이나 콜로케이션(Colocation) AI 데이터 센터 솔루션들이 새로운 지역으로 확장을 시도하고 있습니다. 송전망 건설의 어려움을 피하기 위해 아예 발전소가 있는 곳으로 직접 가는 경우들이 늘고 있습니다. 데이터 센터가 그냥 발전소 옆에 바로 붙어 버리는 것이죠. 또한 친환경적인 대체 전력 솔루션도 찾고 있는데, 태양광이나 풍력 같은 재생 에너지와 어떻게 조화를 이룰 수 있을지, 변동성을 잡기 위해 배터리(ESS)를 얼마만큼 설치해야 할지 등 전력 공급의 안정성을 갖출 수 있는 여러 구조를 고민하고 있습니다. 데이터 센터가 발전소 위치로 찾아가는 경우도 있지만, 반대로 소규모 분산 전원 발전기가 데이터 센터 옆으로 붙는 경우도 있습니다. 아까 언급했던 블룸 에너지의 연료 전지처럼, 모듈 형태로 단기간에 빨리 건설할 수 있는 발전 설비를 구축하는 것이죠. 결국 핵심은 전력 설비를 빨리 건설해 주어야 한다는 점입니다. 지금 AI 산업은 속도전이며 거의 5년 안에 패권 게임이 끝납니다. 두 번째는 송전망 길이를 최대한 짧게 줄여야 한다는 것입니다. 발전 설비를 수요지 근처에 빨리 건설하는 온사이트(On-site) 방식을 통해, 건설이 어려운 대규모 송전망 구축을 회피할 수 있느냐가 미래 데이터 센터 경쟁력의 핵심입니다. 사실 지금 미국 빅테크 기업들은 전력 가격을 조금 더 주더라도, 즉 전기를 비싸게 사더라도 당장 끌어다 쓸 수 있고 안정적으로 공급받을 수 있는 전기를 훨씬 원하고 있습니다.
[ 2. 카카오 데이터센터(안산, hyperscale) ] (p.32)
이것은 카카오에 있는 안산 데이터 센터입니다. 혹시 안산에 가보시면 한양대 바로 옆에 있거든요. 여기를 보시면 변전소 두 개를 끼고 있습니다. 커다란 전압을 낮춰 주는 변전소가 도시 근처에 있는데, 심지어 그것을 두 개나 끼고 있습니다. 이게 무슨 소리인지 아직 감이 없으실 것 같은데, 저 변전소 하나면 거의 도시 하나에 전력 공급이 됩니다. 그런데 혹시라도 끊어질까 봐 저 변전소를 두 개나 끼고 있는 것입니다. 저 데이터 센터는 하나가 끊어져도 다른 하나가 들어올 수 있게 저것 하나당 조 단위의 돈이 들어갑니다. 그 정도로 안정성이 중요합니다. 또 하나는, 지하에 가 보시면 디젤 비상 발전기가 24MW 규모로 있고, 백업 배터리가 3MW에서 10MW짜리가 있습니다. 그러니까 전기가 끊어지면 즉시 전력을 공급하는 무정전 전원 장치(UPS), 그리고 혹시라도 모를 때를 대비한 비상 전력, 백업 전력이 필요량의 거의 1.5배에서 2배씩 들어가 있습니다. 발전기도 그렇고 변전 시설, 송전 시설도 그렇습니다. 그 정도로 전기가 중요합니다. 그래서 이 전기가 끊어지지 않게 하는 것이 중요하고 전력의 효율이 중요합니다.
우리가 이것을 PUE(Power Usage Effectiveness)라고 부릅니다. 내가 사용하는 전체 전기 중에 냉각 장치와 연산을 위한 전기가 어느 정도 들어가느냐를 따지는데, 이 지수가 낮아지면 낮아질수록 굉장히 효율적인 데이터 센터가 되는 것입니다. 그러니까 반도체 자체가 저전력 설계가 되어야 하고, 이 설비들이 들어가서 돌아가는 전력이 얼마나 효율적으로 들어가느냐가 곧 돈을 아끼게 된다는 뜻입니다.
[ 2. 발전설비 ] (p.33)
그런데 우리나라 발전 설비는 전국에 흩어져 있고 대부분 지방에 위치해 있습니다. 수도권은 소비지일 뿐입니다. 물론 수도권 중에서 인천 지역은 전력 발전을 합니다만, 50% 이상의 전력 소비는 수도권에서 이루어지는 반면 대부분의 전력 설비는 지방에 깔려 있습니다. 그렇기 때문에 제가 무엇이 중요하다고 했습니까? 이송이 중요하다고 했죠. 전기를 이송하는 방법은 송전망, 즉 전선을 까는 것밖에 없습니다. 그렇기 때문에 송전망을 제때 깔았어야 했는데 잘 깔지 못했습니다. 그래서 어떤 일이 발생하고 있는지는 조금 있다가 말씀드리고요. 우리나라의 발전 설비는 크게 원전, 석탄, LNG, 재생 에너지 이렇게 네 가지가 있다고 보시면 됩니다. 보시는 그래프는 설비인데요, 그러니까 최대로 발전할 수 있는 발전소 규모를 이야기하는 것입니다. 이해되십니까?
[ 2. 발전량 ] (p.34)
그러면 설비는 이렇게 되어 있고, 발전량은 무엇이냐? 설비 곱하기 발전 시간입니다. 얼마만큼 가동되었느냐를 보면 원자력이 32%, LNG와 석탄이 30% 정도 되고, 신재생 에너지가 약 10% 정도를 차지하고 있습니다. 그리고 지난 10년 동안 우리나라의 발전량, 즉 전기를 얼마나 더 썼느냐? 딱 15% 늘었습니다. 매년 1% 정도의 증가밖에 되지 않았습니다. 그 말은 우리나라 경제 성장이 둔화되고 있다는 뜻입니다. 그만큼 전기를 많이 쓰지 않고 있다는 뜻이에요. 물론 에너지 효율화가 진행되면서 전기를 덜 쓰는 부분도 있지만, 산업 구조가 취약해지고 있다는 뜻이 되겠습니다. 전기를 많이 쓰지 않는다는 것은 경제 성장률, 즉 잠재 성장률이 낮아지고 있다는 뜻입니다. 앞으로 이것이 과연 높아져야 하고, 또 높아질 것인가가 큰 관심사입니다.
[ 2. 지역별 수급 및 송변전설비 현황 ] (p.35)
지금 보시는 것처럼 지방에 발전기들이 다 있는데 지역별로 구성이 좀 다릅니다. 강원도는 원전과 석탄, 경상도 쪽에는 원전과 LNG, 호남권에는 원전과 태양광, 충청권에는 석탄과 LNG, 인천권에는 LNG, 그리고 경기 북부에도 LNG가 있습니다. 이렇게 하다 보니까 주로 해안가를 중심으로 발전 설비가 많이 들어와 있습니다. 그런데 수도권까지 이 전기를 다 송전망으로 연결해야 됩니다. 우리가 지금까지 건설해 온 송전망만큼 앞으로 또 건설해야 2050 탄소 중립으로 갈 수 있습니다. 전기 발전 설비 건설도 중요하지만 그와 더불어 송전망 건설이 매우 중요한데, 이것이 정말 어렵습니다. 내륙으로 짓는 것이 너무 어려워서 최근에는 바다로 가자, 해저 케이블을 깔자, 이런 이야기도 하고 있습니다.
[ 2. 전력산업 구조(송배전 인프라 투자 부족) ] (p.36)
발전 시설이 약 5.3배 증가하는 동안 송전망은 1.5배 증가하는 데 그쳤습니다. 그만큼 송전망 건설이 어렵다는 뜻입니다. 송전망이 지나가는 지역은 아까 말씀드렸던 건강상의 우려가 있을 수도 있고, 재무적인 손실이 날 수도 있기 때문에 주민들의 허락을 얻기가 너무 어렵습니다. 이것을 보통 주민 수용성이라고 부르죠. 반대가 워낙 심하고 지역 주민들을 설득하기가 어렵기 때문에 매우 많은 고민을 하고 있습니다. 그런데 이것은 우리만의 고민이 아니라 전 세계적인 문제입니다. 재생 에너지가 증가하면 발전하기 좋은 외곽 지역에 입지하겠죠. 아까 말씀드린 대로 태양광 효율이 좋은 지역은 대부분 사막이나 태양빛이 강하게 내리쬐는 곳일 것입니다. 풍력 발전은 대부분 먼 바다로 갑니다. 북극권 같은 곳이 바람이 잘 불어요. 그런데 그런 곳에는 전기를 소비할 산업 단지가 없습니다. 그래서 끊임없이 대규모 송전망을 연결해야 됩니다. 그러다 보니까 영국, 독일, 일본 할 것 없이 송전망 건설이 무지무지 큰 문제가 되고 있어서, 앞으로 이런 인프라 설비를 제공할 수 있는 전력망 회사들은 끊임없이 매출액이 늘어날 것이라고 생각하고 있습니다.
[ 2. 태양광 출력에 따른 수급변동 확대 ] (p.37)
2015년도만 해도 저희는 태양광 발전 비중이 별로 없었거든요. 그런데 딱 10년 뒤인 지금, 태양광 발전량이 유독 많이 나오는 날이 있습니다. 많이 나온다는 것이 무슨 뜻이냐면, 제가 전기는 항상 수요와 공급이 일정하게 일치해야 된다고 했죠. 그런데 5월을 생각해 보시면 전력 수요가 별로 없습니다. 에어컨이나 냉방기를 아직 켜지 않죠. 그러니까 전력 사용량은 적은데 발전은 어마어마하게 잘 됩니다. 왜 그럴까요? 4월, 5월이 일조량이 엄청나게 좋아서 태양광 발전이 폭발적으로 늘어나거든요. 그럴 때 전력 공급의 절반 정도를 태양광이 차지해 버립니다. 그러면 다른 발전기가 출력을 줄여 주지 않으면 계통에 전기가 남아돌아서 한계를 넘어가 버립니다. 그러면 기저를 담당하는 원전, 석탄, 가스 발전기를 막 꺼야 됩니다. 출력을 쭉쭉 낮춥니다. 심지어 이때는 원전도 꺼야 됩니다. 그런데 원전은 끄기가 매우 어렵습니다. 출력 조정을 80% 수준까지만 할 수 있지, 50%까지 확 낮추지는 못합니다. 지금은 출력을 더 낮출 수 있도록 기술을 연구하고 있습니다만, 아직 우리나라 원전은 유연 운전이 잘되지 않습니다. 그래서 가스 발전소가 그 유연성 확보 역할을 해 줍니다. 껐다 켰다를 반복하면서 변동성을 잡아주는 겁니다. 태양이 뜨면 발전기를 끄고, 태양이 지면 다시 켜고, 하루에 다섯 번씩 껐다 켰다 하는 발전소가 요즘에는 생겨났습니다. 원래 이 대형 발전소들은 하루에 한 번만 켜서 몇 달씩 쭉 가동하도록 설계가 되어 있습니다. 그런데 이렇게 자주 껐다 켰다 하면 설비가 고장이 나거나 유지보수 비용이 크게 늘어나게 됩니다. 어쨌든 간에 태양광이 여름 피크 부하를 감당해 주기 때문에 요즘 우리는 여름에 전력 수급 걱정을 별로 안 합니다. 태양광이 워낙 좋아서 낮 시간에 전력 공급을 많이 해 주거든요. 그렇지만 전력이 넘쳐나거나 급격한 변동이 생길 때 이걸 어떻게 조절하느냐가 핵심이 되겠습니다.
[ 2. 추진 개요 및 ‘25년 경부하기 이슈 ] (p.38)
그래서 저희는 원전과 태양광을 둘 다 경직성 전원이라고 부릅니다. 인간이 임의로 통제하기 어려운 전원이라는 뜻입니다. 태양광은 우리가 마음대로 태양빛을 조절할 수 없잖아요. 그리고 원전도 마음대로 껐다 켜기가 어렵습니다. 이런 경직성 전원이 지금 저희 발전 설비의 상당히 많은 부분을 차지하고 있고, 상대적으로 유연하게 움직이는 발전기는 줄어들고 있다는 것이 현재 전력 시스템의 문제입니다. 향후 데이터 센터를 건설할 때에도 이 부분을 잘 고려해야 하고, 데이터 센터 자체가 전력망의 유연한 자원으로 돌아가야 됩니다. 그러니까 하나의 전력 제어 설비가 되어야 한다는 것이죠. 계통에 전력이 남을 때는 전기를 많이 소비해 주고, 전력이 부족할 때는 자체 발전을 하거나 소비를 줄여주면서 전력망 부하를 같이 맞춰 줄 수 있어야 됩니다. 그리고 보시면 2021년부터 2025년 사이에 가스 발전 비중은 11%로 동일하죠. 재생 에너지, 석탄, 원전을 더한 비중은 출력을 조절하기 어려운 경직성 전원들입니다. 그래서 가스 발전이 그 변동성 빈자리를 다 맞춰 주고 있는 겁니다. 이 전원들이 계통 내에서 서로 대체 관계 또는 보완 관계를 이루고 있습니다.
[ 2. 재생E 증가 ⇒ 설비피로도 증가 ] (p.39)
그래서 지금 유연성 확보를 위해 발전기들을 껐다 켰다 하는 기동 정지 횟수를 보여 드리고 있는 것이고요. 석탄과 가스 발전이 주로 그 역할을 하는데, 가동률은 낮아지고 24시간 내내 쭉 발전을 하지 못하죠. 그래서 계속 껐다 켰다 하면서 발생하는 유지보수 비용이 우리가 추가로 부담해야 되는 비용 중 하나입니다. 기본적으로 발전소를 짓는 비용이 있겠고요, 송전망을 연결하는 비용, 전력망을 연결해서 변동성을 제어해 주는 비용, ESS(배터리)를 붙이는 비용까지 앞으로 저희가 이 추가적인 안정화 비용을 다 계산해야 됩니다. 그러니까 앞으로는 단순히 발전소를 짓는 비용 자체는 전체의 일부분일 뿐이고, 이러한 다른 비용들도 함께 고려해야 됩니다. 유럽 사회가 우리보다 먼저 재생 에너지 중심으로 에너지 전환을 진행했는데, 그 안정화 비용들이 많이 늘어나서 현재 전기 소매 요금이 우리나라 가정용 요금의 약 세 배 정도 됩니다. 산업용 요금은 두 배 정도 되고요. 그러니까 친환경 사회로 넘어가면 어떤 식으로든 비용이 늘어날 수밖에 없고 국가적으로 그것을 감당해야 한다는 것입니다.
[ 2. 재생E 지역적 편중 ] (p.40)
아까 말씀드렸다시피 전력 수요는 수도권에 편중되어 있지만 발전소는 대부분 지방에 위치해 있습니다. 지방에서 생산된 전기가 수도권으로 와서 전국 단위로 수요와 공급이 맞아야 됩니다. 그런데 현재 남쪽은 전기가 남고 수도권은 부족합니다. 그러면 어떤 방식을 생각해 볼 수 있을까요? 첫째, 전력 수요를 지방으로 이전하는 것입니다. 전기가 남는 쪽으로 공장이나 기업, 나아가 도시 기능을 이전하는 방법이 있겠죠. 두 번째는 남쪽에서부터 수도권으로 대규모 송전망을 끌어올리는 방법이 있겠고, 세 번째는 아예 발전소를 수도권에 지어 주는 방법이 있습니다. 지금 이 세 가지를 복합적으로 모두 추진해야 하는 상황이긴 한데, 결국 돈이 막대하게 들고 시간이 오래 걸립니다. 그래서 이것을 어떻게 하면 AI와 조속히 해결해 줄 수 있느냐라는 것들이 문제입니다. 사실 강이나 산을 중심으로 나눈 행정 구역 구분은 인간이 임의적으로 나눈 것이죠. 전선은 행정 구역과 상관없이 다 지나갑니다. 전기는 수요와 공급이 딱 그 행정 구역 안에만 묶여서 돌아가느냐? 전혀 그렇지 않겠죠. 전력망은 물리적으로 완전히 다른 구도로 이루어집니다. 그래서 지방 행정 구역 단위로 전력 원가를 배분하고 수요 공급을 맞추는 것도 쉽지 않습니다. 어쨌든 송전망을 연결하고 수요지를 매칭해서, 항상 연결된 상태로 초 단위 수요 공급을 맞춰 주는 메커니즘을 구축해야 하고, 그것이 전력 시스템이 해 주어야 할 역할이 되겠습니다.
[ 2. System Cost: 전력계통 시스템 안정화 비용 고려 ] (p.41)
그래서 저희가 앞으로 해야 할 일이 무엇이냐면 송전망 건설을 최적화하는 것입니다. 무조건 많이 건설하면 비용이 너무 많이 듭니다. 송전망 건설을 최소화하기 위해서는 수요와 공급이 맞아떨어지도록 송전망을 최적화할 수 있는 모델링이 필요합니다. 두 번째로 ESS(에너지 저장 장치)를 어느 위치에 얼마나 설치할 것이냐에 따라서 필요 송전망의 길이가 또 결정됩니다. 그렇기 때문에 전력망과 ESS를 동시 최적화를 해야 합니다. 그런데 우리나라는 그것이 아직 잘 안되고 있습니다. 선진국들은 이미 그런 동시 최적화를 하고 있습니다. 그리고 수요를 조절해야 합니다. 여러분, 전기 발전 설비가 부족하면 수요를 줄여 주면 됩니다. 일본은 그렇게 하고 있습니다. 일본은 국민 DR(수요 반응) 제도가 있어서, 전력 예비력이 부족하면 핸드폰에 알림이 뜹니다. 계통에 전기가 부족하니 전기를 아껴 달라고요. 그때 내가 전기를 꺼주면 보상금을 줍니다. 이러한 시장 메커니즘 기반의 수요 조절 장치를 잘 이용하면 발전 설비 투자 비용을 굉장히 효율적으로 줄일 수 있습니다. 또 하나는 재생 에너지가 계통을 위해 자체적으로 출력을 제어할 수 있어야 합니다. 태양광이나 풍력 발전기에 스마트 인버터를 달면, 그것들이 계통의 주파수를 안정화하는 것을 도와줄 수 있습니다. 전력망을 위해 그런 기여를 할 수 있는 설비들이 필수적으로 필요합니다.
[ 2. 전력망 안정화 급선무 ] (p.42)
이 부분은 조금 전문적인 이야기이긴 한데, 현재 깔려 있는 융통 선로를 유연하게 잘 운영하는 방법도 있습니다. 새로운 송전망을 굳이 더 건설하지 않고도 융통 선로의 운영을 고도화하여 막히는 쪽의 전력을 다른 길로 우회시키는 방식입니다. 그다음에 사고로 인해 송전망이 끊어지는 고장 상황에도 잘 대비를 해야 하겠고, 저희가 과도 불안정(Transient Instability)이라고 부르는 전압 불안정 같은 계통 문제들도 대비해야 합니다. 아까 보셨다시피 발전량이 갑자기 너무 늘어나거나 전력 수요가 갑자기 없어지면 공급이 늘어나겠죠. 그럴 때 과전압 문제가 발생하는데, 특히 재생 에너지 단지들이 급격히 늘어나다 보면 이런 과전압 문제가 심각해집니다. 작년에 스페인에서 대정전이 발생한 것도 바로 그런 문제 때문입니다. 이런 문제들을 기술적으로 제어하는 안정화 장치를 계통에 다 붙여야 됩니다. 스태콤(STATCOM)이나 동기 조상기 같은 용어는 모르셔도 되지만, 과전압 차단 장치, 무효 전력 보상 장치 같은 것들이 전력망 곳곳에 설치되어야 합니다.
[ 2. 전통전원(원전, 석탄/LNG 등) 필수운전 필요 ] (p.43)
그래서 지금은 여러 가지 필수 운전들이 유연한 발전기가 되어야 합니다. 심지어 원전까지도 유연하게 운전할 수 있는 발전기가 되어야 한다는 주장을 하고 있습니다.
[ 2. 원전, 재생e 출력제어 증가 ] (p.44)
앞서 말씀드렸던 것처럼 주파수를 맞추기 위해서 다른 발전기들을 껐다 켰다 조절하는 것과 동시에, 재생 에너지 자체도 계통의 주파수 안정화에 도움을 줄 수 있는 인버터 장치를 꼭 달아야 합니다. 만약 그렇지 않으면 강제로 출력을 제한합니다. 태양광이 발전을 해도 끊어 버리는 것입니다. 최근 그런 일들이 늘어나고 있다고 말씀드릴 수 있겠습니다.
[ 2. 친환경 에너지전환정책 달성을 위한 선결과제 ] (p.45)
그래서 종합적으로 정리해서 말씀드리면, AI가 굉장히 중요하고 이런 설비를 운영하기 위해서는 전기가 중요합니다. 그런데 거기에 더해 탄소 중립, 즉 GX(Green Transformation) 정책까지 같이 달성하려면, 재생 에너지 자체에 성능 강화를 위한 스마트 인버터를 달아 주파수와 전압 안정도를 높이는 설비가 되어야 하고, 다른 전원들도 계통을 위해 유연하게 운전해 주어야 하며, 저장 전원이 필요하고, 송전망 보강해야 한다는 것을 말씀드립니다.
[ 2. 전력수급기본계획 Outlook화, (Grid & ESS) 동시최적화 ] (p.46)
그래서 이제 조금 보면 우리나라는 아직도 계획 경제를 하고 있습니다. 전력 설비 자체가 15년 단위로 매 2년마다 저희는 계획을 세웁니다. 15년짜리 장기 계획을 세우는데 소수점 한 자리로 끝납니다. 그래서 확정적으로 '이렇게 될 거야, 우리는 오류가 없어(무오류야).' 이렇게 됩니다. 그래서 송전망과 전력 요금과 발전소의 미스매치에 이제 AI까지 들어오면, 그런 데이터 센터의 위치적 결정이 매우 중요한 상황이 되고 있습니다. 동시 최적화를 다시 말씀드리자면, 여기 혹시 코딩도 하시고 경제학적 개념도 있으시고 엔지니어 분들도 계실 텐데, 이 최적화 문제를 누가 잘 푸느냐, AI를 이용해서 어떻게 빨리빨리 풀어 주느냐가 핵심적인 문제입니다.
[ 2. AIDC 전력공급 방안 = 주파수, 전압, 위상각 안정도 신뢰도 확보 ] (p.47)
그래서 전력망 설비, 그다음에 발전의 유연성, 운영의 고도화 등등이 동시에 이루어져야 됩니다.
[ 2. AIDC 전력공급 방안 ] (p.48)
그래서 AI의 전력 공급 방안을 제가 다섯 가지로 좀 정리를 해 보면, 첫 번째 믹스를 잘 만들어야 됩니다. 발전원의 믹스. 원자력과 재생 에너지 중심으로 가는 것 좋습니다. 무탄소 전원입니다. 둘 다 그린 트랜스포메이션(GX)을 달성할 수 있습니다. 하지만 이 둘은 어떻다? 경직성 전원입니다. 아직까지는 기술 개발을 해야 되는 상황이고, 그것이 초과 공급(Over Supply)이 안 되고 과소 공급(Under Supply)이 되지 않게 하기 위해서 유연한 발전기가 필요한데 그것이 무엇이냐? 가스 발전, 배터리 자원, 그다음에 양수 발전 댐을 이용하는 것이 있습니다. 그다음에 다양한 기술적 요건들이 필요해집니다. 그래서 이런 것과 매칭하는 데이터 센터가 가능해져야 되고, 태양광과 배터리 자원, 그다음에 송전망 연계까지 포함하여 패키징화된 AI 데이터 센터가 가능합니다. 그래서 이런 것들을 데이터 센터에 GPU와 HBM만 넣는다, 이런 개념으로는 이제 안 된다는 거예요. 전력 설비가 다 들어가야 합니다. 같이 패키징을 하는 것이죠. GPU와 HBM을 만드시는 분들, 그 데이터 센터를 짓는 분들이 전력 전문가들과 같이 들어가서 솔루션을 해결해야 된다는 뜻입니다.
[ 2. AIDC 전력공급 방안 ] (p.49)
두 번째는 입지 전략입니다. 수도권 집중을 해소해야 됩니다. 그리고 전원과 수요의 일치, 발전기와 수요가 일치되는 지역적 구분화, 분산화가 필요합니다. 어느 정도 분산을 해야 돼요. 다들 지금 수도권에서 자리를 잡고 싶으시죠? 그러니까 이것을 어떻게 분산할 것인지는 여러분에게 물어봐야 되겠죠. '무엇이 있으면 지방으로 가시겠습니까?' 이런 것을 수요자에게 물어봐야 됩니다. 수요자 중심의 분산화, 그리고 계통에 대한 송전망 거리의 최소화가 필요해지게 되고요.
[ 2. AIDC 전력공급 방안 ] (p.50)
세 번째는 효율화입니다. 결국 전력 사용량을 줄이는 것은 앞에서 말씀드렸던 데이터 센터에 들어가는 반도체의 저전력화, 그리고 전기를 공급하는 데 아주 저전력으로 움직일 수 있는 효율적 발전기의 배분, 그다음에 냉각 장치입니다. 매우 다양한 냉각 장치가 있습니다. 여러분, 전기만 가지고 냉각을 하는 것은 아니고요. 우리가 LNG 탱크에서 -162도짜리 냉각열이 나옵니다. 그것을 이용할 수도 있습니다. 굉장히 다양한 방식, 액침 냉각, 즉 물이나 다른 용매를 이용한 냉각 이런 것도 가능합니다.
[ 2. AIDC 전력공급 방안 ] (p.51)
또 하나는 제도적 지원인데 계통에 대한 평가와 민간 투자가 좀 이루어져야 됩니다. 최근에 송전망 문제로 인해 발전기를 내가 짓고 싶어도 지을 수가 없습니다. 데이터 센터를 짓겠다, 내가 돈을 내겠다고 해도 그 지역에 전력이 없어요. 그러면 이런 사업자들이 전력 사업자와 쌍방 간의 계약을 맺는 것을 PPA라고 부릅니다. 그런 계약도 활성화하고, 송전망을 지을 때 지금은 한전이 독점 사업자입니다만, 그 망에 대한 투자를 다른 기업도 같이 할 수 있게 해 주는 방안도 생각할 수 있습니다. 그리고 마지막으로 HVDC(High Voltage Direct Current)라고 하는 고압 직류 송전망이 있는데, 이 송전 기술 자체를 충분히 효율적인 자원으로 활용하여 송전망 운영을 잘해야 되는 방법론이 필요해지게 됩니다.
[ 2. AIDC 전력공급 방안=AIDC 자체가 유연한 발전원 역할로 진화 ] (p.52)
그리고 이제 데이터 센터에 의무가 주어지게 됩니다. 자기가 발전을 유연하게 하고, 계통에 전력이 남으면 자체적으로 소비를 늘려주고, 계통에 전기가 부족하다면 자기가 전력 소비를 줄여 주는 역할까지 해 줄 수 있는, 그리드 서포트(Grid Support)라고 부르는 데이터 센터의 기능이 필요합니다.
[ 2. AIDC 전력공급 방안 ] (p.53)
지금 요즘 논의되고 있는 것은 스마트 파워 빌리지, 즉 데이터 센터 자체가 발전기가 되는 것입니다. 앞서 보셨다시피 비상 발전기도 달고 있고 백업 전기도 달고 있고 변전소를 두 개나 가지고 있기 때문에, 자체 발전을 해서 심지어 남는 전기를 파는 주체가 될 수 있습니다. 충분히 이런 것으로 돈을 버는 비즈니스가 지금 폭발적으로 성장하고 있습니다.
[ 2. 한국형 에너지 데이터 스페이스(KEDS) 구축 전략 ] (p.54)
또 하나, 저희가 AI를 하기 위해서는 두 가지가 더 필요합니다. 컴퓨팅 파워와 전기가 필요하다는 것은 제가 지금까지 설명을 드렸고요. 나머지 두 가지가 더 있는데 하나는 데이터입니다. 누군가는 데이터를 주어야 합니다. 그래야 학습을 하죠. 또 하나는 인력이 필요합니다. 인재가 필요합니다. AI를 만들어내는 사람. 아까 보았던 디지털 트윈, 엔비디아의 코스모스 같은 프로그램을 개발하고 만들어내는 인력이 필요해요. 엔지니어링하고 코딩하시고, 그런 부분에서 거대한 부를 축적하는 기업을 만드는 분들이 필요합니다. 그리고 데이터가 필요한데, 에너지 데이터는 대부분 공공 기관이 가지고 있습니다. 그래서 에너지 데이터를 빨리 공공 자원으로서 클라우드화하면, 이 에너지 데이터를 공급하여 빅테크들이 쓸 수 있게 하거나 기후 테크 중소기업을 유니콘 기업으로 만들어 줄 수 있는 공공 자산 활용이 필요해지게 됩니다.
[ 2. AX(AI Transformation) 위한 전력시스템 개혁방향 ] (p.55)
그래서 지금 말씀드렸던 것을 종합해 보면 현실적인 전력 수급 기본 계획이 필요합니다. 현재처럼 계획을 세운다고 해서 그대로 진행이 안 되고, 송전망 문제와 계통 불안의 문제와 전기 요금의 문제를 동시 최적화한다는 개념이 필요합니다. 그리고 분산 전원화해야 합니다. 수요를 어느 정도 분산시켜야 된다는 말씀을 드리는 것이고, 우리가 이것을 하기 위해서, 그리고 AI 경쟁력을 높이기 위한 전력 설비 방안이 무엇이냐? 아무래도 전력 단가가 낮아야 되겠죠. 그렇지만 지금의 구조로 가면 매우 높아질 가능성이 큽니다. 그래서 이런 것들을 종합적으로 해결해야만 우리가 AI 산업을 주도하고 전력을 충분히 공급하면서 미래 경제 성장을 도모할 수 있게 됩니다.
[ 2. AX & GX로 지속가능성장 동력 확보 ] (p.56)
결론적으로 탄소 중립, 즉 GX와 에너지 대전환, 그리고 AI 데이터 확보, AI를 위한 전력과 데이터 센터에 대한 충분한 반도체 공급을 통하여 에너지 효율을 향상하고, 온실가스를 감축하며, 산업 경쟁력이 증진될 것이고, 그에 대한 정부의 정책 지원이 동시에 수반되면 현재 한국의 미래 경제 성장 잠재력을 높일 수 있을 것입니다. 이렇게 생각하면서 제 발표를 마치도록 하겠습니다. 감사합니다.