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KCL, IDC 에너지 통합솔루션 개발

기축·신축 대상 PUE 1.3x급 데이터센터 구현 목표



한국건설생활환경시험연구원(KCL)이 데이터센터 에너지절감을 위한 연구개발을 시작했다. ‘PUE 1.3x급 데이터센터 구현을 위한 에너지절감 통합 솔루션 및 설비 모듈 개발’을 주제로 총 3년간 진행될 이번 과제는 KCL이 총괄하고 △한일엠이씨 △삼화에이스 △피앤이이노텍 △비바엔에스 △중앙대학교 △SK텔레콤이 참여한다. 지난 7월19일 킥오프 회의를 개최했다.

이번 연구는 데이터센터 기반 에너지최적화 및 산업활성화를 위한 에너지절감 시스템 통합 솔루션 및 설비 인프라 모듈을 위해 기존의 룸단위 설비인프라에서 구역단위 설비인프라 패키지 모듈 시스템을 개발하는 것이다.

이를 통해 △최적 데이터센터 설계환경 구축 △에너지절감 솔루션 Value-Chain 국산화 △에너지최적화 설비모듈 개발 △데이터센터 통합시스템실증 △데이터센터 에너지효율 표준화 등을 이룰 계획이다.

주요 사업내용으로는 우선 기반기술로 데이터센터 에너지진단‧평가 기술과 공조‧전력 에너지 최적화 설계기술을 개발한다. 또한 데이터센터 최적 공조‧전력 최적화 솔루션, 지능형 제어 알고리즘 개발 등 요소기술을 확충하고 공조-전력 통합제어 Platform, 공간‧구조 설비 인프라 통합모듈 시스템 등 통합기술을 개발할 방침이다. 검증기술로 데이터센터 에너지 통합 솔루션 실증 및 표준화 등이 포함됐다.

데이터센터는 일반건물에 비해 약 40배 이상의 에너지를 사용하는 고밀도 에너지 다소비 건물로 2015년 기준 국내 124개 데이터센터의 연간 총 적산전력 사용량은 약 26.5억kWh로 산업용 전력소비량(2,735억kWh)의 1%, 국내 원전 1기 전력생산량의 약 40%를 차지하고 있다.

하지만 국내 데이터센터 에너지효율지표(PUE)는 평균 2.66으로 해외 데이터센터(평균 1.7)와 큰 차이를 보이고 있어 데이터센터의 효율적인 설계 및 운영방안 마련이 시급한 실정이다.

데이터센터의 보편적인 에너지소비비율은 공조‧냉각분야(38%)와 전력공급‧분배계통(9%)이 IT 장비를 제외하고 가장 큰 비율을 보이며 에너지절감의 핵심요소다.

특히 IT기술의 고도화로 데이터센터의 전력밀도는 지속적으로 증가해 향후 10년 안에 렉당 40kW 이상이 70%를 차지할 것으로 예상된다. 데이터센터의 IT 발열 밀도가 계속 증가해 기존의 룸단위 항온항습기 설치에 의한 데이터센터 공조시스템은 한계에 도달할 전망이다.

이에 따라 증가하는 전력여건에 대응할 수 있는 효율적인 데이터센터를 구축하기 위한 표준화 및 모듈형 설계 기술개발의 필요성이 강조되고 있다.

이번 연구과제의 목표인 PUE 1.3x이라는 수치는 국내 기후환경 및 건물형상에 적합하면서 신축 및 기축 모두에 적용할 수 있는 솔루션에 적합한 도전적인 수치다. 



이번 컨소시엄에서 KCL은 ‘데이터센터 에너지진단·평가 기술 개발’, ‘데이터센터 공간·구조 설비 인프라 모듈 시스템 개발’을 맡는다.

실증 데이터센터와 연계해 공조·전력·제어 에너지사용 설비 구성 종합 에너지평가툴을 개발해 환경적(IT환경)/물리적(설비인프라) 인자를 고려한 분석기술 및 에너지진단(M&V) 프로세스를 구착할 예정이다. 또한 공조·전력·제어 구역단위 모듈 최적화를 구현하고 전력밀도 증가에 대한 기존 룸단위 설비인프라 개선과 신축 및 리모델링에 유연한 대응을 제공한다.

한일엠이씨는 ‘데이터센터 공조·전력 에너지 최적화 설계기술’을 맡았다. 에너지절감 목표 실현기술을 제공하는 공조·전력설계지원 프로그램 개발하는 것으로 공조·전력 부하처리 효율성을 높이고 최소비용, 실효적 신재생에너지 시스템 등의 설계방안 제시할 방침이다. 

삼화에이스는 ‘데이터센터 초 고효율 공조·냉각시스템’을 개발한다. 능동적 부하변동 및 효율적 고밀도(10kW/rack 이상) 서버냉각이 가능한 CRAC 유닛 개발을 목표로 용량 가변형 고효율 모듈형 냉각 및 분배 시스템을 포함한다.

피앤이이노텍은 ‘데이터센터 전력분배효율 최적화 시스템 개발’을 담당한다. UPS와 ESS를 연계한 Hybrid UPS 시스템 개발 및 최적 구역(In-Row)단위 모듈화를 통해 고효율 동작 토폴로지 선정 및 그에 따른 제어 알고리즘 적용, UPS 고장진단 기술이 포함됐다. 공조·전산부하 분리 설계로 상시효율 향상과 고장진단 기술 적용 신뢰성을 확보할 예정이다.

중앙대학교는 ‘빅데이터 기반 가상-물리 지능형 제어 알고리즘 개발’을 진행한다. 데이터센터 최적 공조 제어 알고리즘 개발 및 IT환경 제어 CPS 인터페이스 개발을 통해 과거, 현재의 IT부하, 환경조건과 적용기술 분석 및 이에 근거한 최적공조 예측, 적응제어 기술개발이 포함됐다. CPS 기반, 가상환경과 접목된 물리환경의 실시간 지능형 공조제어 구현이 진행된다.

비바엔에스는 ‘데이터센터 에너지 관리 및 통합 제어 시스템 구축(DCIM)’을 통해 IT Server기반 High Level Language 통합 제어 시스템 및 차폐구조의 차세대 DCIM 플랫폼을 개발한다.

IT전력 능동 대응 공조제어 시스템의 서버 기반 High Level Language를 구현하고 차폐구조 고밀도 데이터센터 통합관리 비즈니스 관점 DCIM 플랫폼이다. 복잡한 알고리즘 구현과 개선 관리가 어려운 PLC/DDC/MicroCom 기반의 제어 시스템 단점을 극복하고 인프라 설비관점이 아닌 비즈니스 관점의 데이터센터 자원관리 기능을 충족시킬 예정이다.