방대한 데이터를 보관·관리하는 데이터센터는 △발열 △탄소배출 △전력사용 등의 환경영향을 감소시키기 위해 에너지효율화와 에너지절감기술을 지속적으로 개발해야 한다. 이에 따라 2023 HVAC KOREA 데이터센터 특별관과 함께 마련된 ‘2023 데이터센터 기술 컨퍼런스’에서 최신 전력·공조·제어설비 기술과 국내외 데이터센터산업 시장 및 정책 동향이 소개됐다.

데이터센터(DC: Datacenter)는 24시간 365일 무중단 운영되는 신산업시설이다. AURI 연구보고서 ‘신산업 관련 건축법제 개선방안’(이주경 외, 2022년 12월)에 따르면 데이터센터는 ‘4차 산업혁명과 함께 새롭게 등장한 건축물 유형’으로 서버 컴퓨터를 보관·관리하는 시설에서 시작해 서버·스토리지·네트워크 등 ICT 장비를 집적시켜 통합·관리하는 솔루션과 및 인프라 시스템이 구축된 4차 산업혁명의 기술집약체로 발전했다.

데이터센터는 운영 목적에 따라 ‘자사용’과 ‘상업용’으로 구분되며 상업용 데이터센터 개발이 증가하는 추세다. 시스템 가용성에 따라 4단계 등급(tier)으로 구분되며 우리나라는 주로 3·4등급으로 개발되고 있다. 상면(전산실) 면적에 따라 7가지로 구분되며 국내에는 주로 하이퍼스케일(서버랙 10만대, 연면적 2만2,510㎥) 규모 이상으로 개발되고 있다. 

데이터센터의 주요 특징은 △서버 중심 △에너지효율 △보안 등 크게 3가지로 요약된다. 일반건축물과 달리 사람보다 서버 중심으로 계획한다는 점이 가장 큰 특징으로 서버실(전산실)이 데이터센터의 전체 규모와 모듈을 결정한다.

UPS·축전지·발전기·항온항습기·발전 등 기반시설과 운영·유지를 위한 DCMS 공간이 서버실을 지원한다. 그래서 업계 관계자들은 데이터센터를 ‘건설한다’고 하지 않고 ‘구축한다’고 표현한다. 

데이터의 안전과 효율을 중요시하기 때문에 사람을 위한 공간계획은 부수적인 경우가 많으며 최근 원격관리 및 제어가 가능해짐에 따라 필요 인력이 점점 줄어드는 상황이다. 무인 데이터센터가 주목받는 배경이다. 

국내 데이터센터 개발은 1990년대 이후 꾸준히 증가하는 추세로 2022년 기준 160개가 운영되고 있으며 앞으로도 계속해서 시장이 확대될 전망이다. 우리나라는 해저 광케이블이 설치돼 있으며 전력품질이 양호해 데이터센터 입지에서 경쟁우위를 가지고 있다. 이에 따라 글로벌 데이터센터 운영사업자들이 국내시장에 진출해 직접 데이터센터를 개발하는 사례가 증가하고 있다. 

송준화 한국데이터센터에너지효율협회 사무국장에 따르면 상업용 데이터센터의 경우 △2010년 21개 △2016년 26개 △2020년 32개 △2023년 40개로 최근 3년 동안 증가 폭이 커졌으며 2027년에는 74개까지 늘어날 전망이다.

현재 34개 이상 신규 상업용 데이터센터 프로젝트가 추진·계획 중으로 투자액 규모는 약 14조원에 달한다. 전력공급량으로 보면 2023년 544MW에서 2027년 1,850MW로 3배에 가까운 전력이 시장에 들어올 것으로 예측된다. 

최근 데이터센터는 ICT기술 혁신과 클라우드 확대에 따라 IDC(인터넷 데이터센터)에서 CDC(클라우드 데이터센터)로 무게중심이 이동하고 있다. △빅데이터 △사물인터넷(IoT) △인공지능(AI) △로봇 △메타버스 △디지털트윈 △자율주행·드론·UAM 등 ICT기술 성장과 발맞추기 위해 데이터센터도 진화하고 있다. 

조진균 한밭대학교 교수는 “세계적인 코로나19 팬데믹으로 비대면 산업이 성장하고 4차 산업혁명과 맞물려 모든 산업의 디지털화가 가속함에 따라 데이터센터는 산업 디지털화의 가장 핵심적인 역할을 하고 있다”라며 “전 세계 데이터센터 수가 2016년 1,252개에서 2021년 1,851개로 5년간 50% 증가한 통계로 확인할 수 있듯이 급증하는 데이터센터 수요에 대응하기 위해 냉각시스템 기술개발을 통한 운영환경 안정성 확보가 중요하다”고 말했다. 

데이터센터는 에너지다소비건물이다. 비슷한 규모의 일반건축물에 비해 40~100배 많은 전력을 소비하는 것으로 알려져 있다. 이에 따라 전략사용 및 온도유지를 위한 고효율 공조시스템이 핵심 성능으로 요구된다.

과기정통부는 ‘2050 탄소중립실현 10대 핵심기술 기술혁신 추진전략’에서 2030년까지 데이터센터 전력소모량을 20% 절감하겠다고 밝혔으며 ‘서비스산업혁신을 지원하는 서비스 표준화 추진전략’(과기부·산업부, 2021년 4월)에 따라 ‘데이터센터 설비 효율화 및 평가를 위한 세부표준 개발’을 추진하고 있다.

‘데이터센터 구축 및 운영 활성화를 위한 민간 데이터센터 필수시설 및 규모에 관한 고시’(과기부, 2016년 6월)에 따르면 민간 데이터센터는 △전산실 △전력공급시설 △공조시설 △비상발전시설 등을 갖추고 있으며 해당 건축물 내 전산실 바닥면적이 500㎡ 이상인 것으로 규정하고 있다.

국토부가 주관하는 제로에너지건축물인증(1~5등급)은 단계적 ZEB 의무화를 추진해 왔는데 2025년부터는 민간 1,000㎡ 이상 신축건물도 5등급 이상 수준을 맞춰야 한다.

채효근 한국데이터센터연합회 전무는 “데이터센터 역시 1,000㎡ 이상 건축물로 신규 데이터센터의 경우 2025년부터 ZEB인증 취득 의무대상이 될 예정”이라며 “신축 데이터센터는 설계단계부터 에너지효율을 높일 수 있는 고효율 설비기술이 반드시 적용돼야 한다”고 말했다.

정상진 한국전자통신연구원 박사는 “데이터센터 증가로 전력사용량이 급증해 2022년 6월 기준 강남구 전체 사용량과 유사한 1.74GW를 소비하고 있으며 2029년에는 32GW에 이를 전망”이라며 “국내 데이터센터 운영지침은 해외 데이터센터 표준을 사용하고 있어 고온다습·4계절·미세먼지 등 변화가 많은 국내 특성이 고려되지 않아 에너지효율성 보장이 어렵다”고 지적했다. 

채효근 전무는 “데이터센터 에너지효율화는 인증취득을 넘어 RE100·ESG 등 글로벌 탄소중립 트렌드에 따르기 위한 필수적”이라며 “이외에도 국내 데이터센터산업계는 △안정성 강화 △지방분산 △환경 △구축 등 다방면의 이슈를 안고 있다”라고 말했다. 

채 전무는 이어 “화재 등 안전사고는 개별 데이터센터의 손실을 넘어 국가적 손실이며 탈수도권화 및 지방분산 문제가 해결되더라도 전자파 유해시설이라는 주민들의 인식을 개선하지 않으면 착공 지연 및 건립 포기 등 사회적인 문제가 프로젝트 추진의 걸림돌이 될 수 있다”고 지적했다.

우리나라 데이터센터는 데이터 및 전력 공급 안정성과 임차기업 위치 등으로 인해 서울·경기 등 수도권과 대도시 중심으로 개발돼왔다. 전력계통 부담 등 데이터센터 수도권 집중이 문제로 제기되면서 수도권 내 5MW 이상 신규 데이터센터에 대해 전력공급을 거부할 수 있는 근거조항이 마련됨에 따라 새롭게 추진되는 데이터센터는 수도권 외 지역에서 입지를 모색해야 하는 상황이다. 

 송준화 국장은 “데이터센터 지방분산은 장기적으로 필요하지만 지방으로 가기 위해서 전력뿐만 아니라 네트워크 인프라 확충이 필요한데 정책에선 이 부분이 빠져 있다”고 지적했다.

송 국장은 이어 “데이터센터에서 전자파가 발생한다, 냉각탑 분출 연기가 인체에 해롭다 등 오해가 많이 있지만 사실은 그렇지 않다”라며 “ESG 측면의 인식개선 활동이 필요하다”고 강조했다. 

또한 “데이터센터 급증으로 전력사용량도 증가할 수밖에 없으며 사용되는 일일 탄소배출량도 늘어날 수밖에 없는 상황인 만큼 데이터센터의 지속가능성에 대한 고민은 계속돼야 한다”고 말했다.

정상진 박사에 따르면 국내 160개 데이터센터 사용전력은 약 400MW로 원자력발전소 1기 발전전력의 절반가량에 해당되는 규모다. 데이터센터 에너지사용은 IT장비 사용량과 데이터센터 설비 사용량(냉각·공조·조명 등)으로 구분되며 에너지효율 향상을 위해서는 각 구성요소의 측정·평가가 선결 조건이다.

데이터센터의 효율지수인 PUE(Power Usage Effectiveness)는 데이터센터 설비의 에너지효율을 정량적으로 측정할 수 있는 지표로 어떤 설비가 에너지효율이 낮은지를 판별해 개선하기 위한 핵심기술이다.

평균 IT전력밀도가 높을수록 데이터센터는 보다 에너지효율적으로 설계될 수 있는 가능성을 보여준다. PUE 1.6 이상 데이터센터는 5kW/rack 이하의 비교적 저밀도 랙-서버가 지배적이다.

데이터센터 효율관련 국제 표준화기구는 ISO/IEC JTC1 SC 39(지속가능성, IT 및 데이터센터)가 있으며 WG1(자원효율적인 데이터센터) 아래 △ISO/IEC 30134-1(데이터센터 KPI 요구사항) △ISO/IEC 30134-2(PUE) △ISO/IEC 30134-3(REF) △ISO/IEC 30134-4(ITEEsv) △ISO/IEC 30134-5(ITEUsv) △ISO/IEC 30134-6(ERF) △ISO/IEC 30134-7(CER) △ISO/IEC 30134-8(CUE) △ISO/IEC 30134-9(WUE) △ISO/IEC 20913(데이터센터 효율 종합 평가방법) △ISO/IEC 23544(APEE)가 구성됐다. WG3(지속가능한 설비 및 인프라) 아래는 ISO/IEC 22237 시리즈(데이터센터 설비 및 인프라)가 속해 있다.

또한 ITU-T SG5 WP3(기후변화·탄소중립) 산하 Q11(기후변화 완화 및 스마트에너지)는 정상진 책임연구원이 라포터를 맡고 있다. Q11에서는 △ITU-T L.1300(그린 데이터센터 구축지침) △ITU-T L.1305(데이터센터 인프라 관리시스템) △ITU-T L.1381(데이터센터 스마트에너지 솔루션) △ITU-T L.1306(엣지 데이터센터 인프라 규격) △ITU-T L.PSU_for server(서버를 위한 전원공급장치의 기능 및 성능평가 방법) 등이 속해 있다

또한 재생에너지사용효율지표(REF: Renewable Energy Factor)는 전력 공급자로부터 공급받는 전력 이외의 태양광, 풍력 등을 이용한 자체 생산 에너지의 사용가능량을 말한다.

서버효율측정지표(ITEEsv: Information Technology Equipment Efficiency for Servers)는 데이터센터 내 탑재된 IT서버의 성능대비 에너지효율을 측정함으로써 서버가 사용하는 에너지대비 성능이 높은 서버를 판정하기 위한 용도이며 서버의 신규구매 시 활용될 수 있다.

IT서버가동률측정지표(ITEUsv: Information Technology Equipment Utilization for Servers)는 데이터센터 내 탑재된 IT서버의 가동률을 측정함으로써 운용시간이 긴 서버를 판정하기 위한 용도로 사용되며 교체대상 서버선별에 유용하다.

에너지재활용율지수(ERF: Energy Reuse Factor)는 데이터센터에서 발생한 열을 재활용하는 정도를 측정하는 지표다. CV(Control Volume: 데이터센터의 인프라와 비인프라를 구분하는 가상의 구역) 내에서 데이터센터효율을 개선할 수 있다. 이러한 데이터센터의 성능을 측정하는 다양한 지표 및 지수를 활용해 종합적 평가지표 개발이 진행되고 있다.

정상진 박사는 “그린 데이터센터 인증제를 더욱 고도화해 자원효율평가를 넘어 탄소중립 달성도를 평가해야 한다”라며 “타 에너지변환계수와 냉동공조효율을 연계시킴으로써 데이터센터의 효율과 안전성을 개선·관리하는 데 기여할 수 있다”고 강조했다.

또한 정 박사는 “우리나라 데이터센터 31%는 중소 규모인데 현재 중소규모에 관한 지침이 부재한 상황”이라며 “중소형 데이터센터의 자원효율적 구축 및 운영지침을 고도화해야 한다”고 덧붙였다. 

김기훈 CBRE Korea 상무에 따르면 글로벌 주요 데이터센터시장은 크게 △북미(N/A, 50GW) △유럽 주요 시장(FLAPD in Europe, 2.7GW) △아시아태평양(Tier 1 Market in APAC, 2.4GW)으로 나뉜다. 

북미 데이터센터시장은 지난해 총 전력공급량 3,929MW로 전년대비 17% 성장했다. 북버지니아와 실리콘밸리 데이터센터 프로젝트에 전력공급 부족이 영향을 주고 있어 DC 운영사들은 전력수급이 용이한 지역에서 공급을 확대하고 있다. 이에 따라 애틀랜타가 1GW가 넘는 계획 용량을 확보했다. 

전력공급 제약에 따라 북버지니아와 실리콘밸리의 하이퍼스케일 수요는 △더 낮은 토지가격 △충분한 전력 △세제 혜택 등을 확보할 수 있는 2차 시장(Secondary Market)에서 성장할 것으로 예상된다.

북미지역은 하이브리드 워크(Hybrid Work) 모델 적용에 따라 기업의 디지털 혁신이 가속화되고 있으며 개인 클라우드 및 5G 네트워크는 Fortune 500대 기업의 최우선 순위가 되고 있다. 이에 따라 데이터센터 운영사들은 사용자들과 스스로 탄소중립목표를 맞출 수 있도록 전력공급에 재생에너지를 많이 활용하는 지역에서 데이터센터를 확장할 것으로 예상된다. 

유럽 데이터센터시장은 팬데믹 영향으로 2022년 데이터센터 신규공급은 337MW에 그쳤다. 올해 예상 공급량은 572MW이며 절반 이상 런던과 프랑크푸르트에 집중될 것으로 예상된다. 

지난해 Take up(상업용 계용량의 합)은 382MW로 하이퍼스케일과 SaaS 공급자들이 주계약대상이었다. Take up의 70%가 런던과 프랑크푸르트에서 진행됐으며 파리(13%), 더블린(10%), 암스테르담(8%)가 뒤를 이었다. 올해 Take up은 2022년대비 15% 증가한 440MW가 될 것으로 예상된다. 

김 상무는 “유럽 시장은 데이터센터 구축에 필요한 전력 및 토지 확보의 어려움이 지속되고 있어 하이퍼스케일 운영자들이 요구하는 일정을 맞추는 것이 가장 큰 과제”라고 분석했다,

아시아태평양 데이터센터시장(APAC Tier 1: Greater Tokyo, Sydney, Singapore & Hong Kong SAR)은 팬데믹에 따른 공급망 이슈로 인해 지난해 공급량은 전년대비 399MW 감소한 263MW에 그쳤다.

263MW 중 174MW가 시드니에서 공급됐으며 2019년 데이터센터 모라토리엄의 영향으로 싱가포르 공급량은 55MW를 기록했다. 공실률은 견고한 수요 뒷받침에 따라 12.4%를 기록했으며 신규공급이 부족한 싱가포르는 2% 이하의 공실률을 보였다. 

APAC Tier 1은 하이퍼스케일 규모의 지속적인 확장과 기업들의 데이터센터 업그레이드 수요가 임차수요를 뒷받침하고 있으며 지난해 이후 계획된 공급은 일본(Greater Tokyo)과 시드니가 주도할 것으로 보인다. 

2023년 1분기 1조7,000억달러에 가까운 데이터센터 투자펀드가 조성됐으며 투자수요는 보다 높은 시설기준과 친환경 기준을 충족시키는 프라임등급 자산의 신축프로젝트에 집중될 것으로 예측된다. 

김 상무는 “CBRE는 2025년도까지 APAC Tier 1은 에서 765MW가 공급될 것으로 예상하고 있다”고 전했다. 

우리나라(Greater Seoul)의 경우 전략적으로 APAC Tier 1에 포함되지 않았지만 그동안 통신사가 주도해온 데이터센터시장을 2019년부터 해외 데이터센터 운영사 및 투자자들이 신규 공급을 주도하면서 시장 확대가 예상된다. 

김 상무는 해외 투자사의 국내 진출 사례로 최근 인천 부평 국가산단 내 120MW 하이퍼스케일로 구축 중인 ‘Digital Edge SEL2’와 중국계 부동산운용사인 ESR과 글로벌 디지털인프라기업 STACK이 합작·투자해 48MW 규모로 역시 인천에 구축 중인 데이터센터 등을 들었다. 

‘2023 데이터센터 기술 컨퍼런스’는 한국설비기술협회 데이터센터기술위원회(위원장 연창근)와 칸kharn, 메쎄이상이 공동 주최했다. 5월10일부터 3일간 코엑스에서 5개 섹션을 통해 42개 주제가 발표됐으며 관계자 400여명이 등록해 성황을 이뤘다. DC기술위원회는 이번 컨퍼런스를 통해 올해 사업계획 및 운영계획을 공개했다. 

지난해 발족한 DC기술위원회는 △정책연구조사 △연구과제개발 △기준 및 인증 개발 △구성 솔루션 및 가이드 개발 △전문인력 양성 △에너지 효율진단 및 기술 자문 △전시회 및 기술발표회, 강연·강습·간담회, 토론회 개최 등을 통해 데이터센터 관련 정보를 교류하며 기술 발전을 도모하고 있다. 

그 성과로 2022년 5월18~20일 SETEC에서 제1회 데이터센터 기술 컨퍼런스를 개최해 데이터센터산업 동향 및 탄소중립 기여방안과 정보를 공유했으며 11월1일에는 The RAUM 컨벤션에서 지속가능한 데이터센터를 위한 신냉각기술을 소개하는 추계 기술세미나 및 교류회를 개최했다. 

연창근 위원장은 “올해 ‘데이터센터 CFD 실무교육’을 2차례 실시할 예정으로 1차 교육은 6월8~9일 양일간 분당에 위치한 신한무역 본사교육관에서 진행할 예정”이라며 “10월31일에는 ‘추계 데이터센터 기술 컨퍼런스’를 개최해 빠르게 변화하는 데이터센터 기술과 시장정보를 교류할 계획”이라고 밝혔다.