산업교육연구소는 3월21일 서울시 구로구에 위치한 산업교육연구소 KIEI 세미나실에서 ‘데이터센터(DC)‧분산전원 확산: 관련산업 연계한 기술개발 및 운영전략 세미나’를 개최했다.

 

AI시대 전력 과소비시설인 DC의 신규수요가 급증하는 가운데 정부는 계통영향평가제도와 지역별 요금제, 분산특구 지원정책 등을 통해 DC 지역분산을 유도하며 관련산업 활성화를 도모하고 있다.

 

이러한 시기에 산업교육연구소는 △전력수요지방분산 △액침냉각 및 수중 DC단지 구축전략 △RE100 및 신재생에너지 △하이브리드 UPS △수냉식냉각시스템 △ESS △LNG 및 지열에너지 등 제반정보를 공유하는 세미나를 개최해 신기술개발과 융복합산업의 활로를 얻는 기회를 얻고자 했다.

 

△장동환 한국전력공사 계통영향평가부장 △최동훈 GRC코리아 이사 △최영진 한국해양과학기술원 해양공간개발‧에너지연구부 선임연구원 △권재원 아주대학교 특임교수 △임승범 이온 R&D센터장 △조진균 국립한밭대학교 교수 △장권영 시너지 대표 △조희남 지엔지테크놀러지 대표 등이 연사로 나섰으며 온오프라인 포함 업계관련자 50여명이 참여했다.

 

DC 전력수요 지역분산…계통영향평가 필수

장동환 한국전력공사 계통영향평가부장은 ‘전력수요 지방분산 및 실수요자 중심 전력공급을 위한 전력계통영향평가 시행’을 주제로 발표했다.

 

DC에서 가장 중요한 요소는 전력이다. 수도권과 지방 전력수급 불균형이 점점 심해지고 있다. 서울의 경우 전력자급도가 10% 밖에 되지 않는 상황이다. 이에 따라 한전은 현재 집중형 전력공급체계를 지역단위 수요공급시스템으로 전환하며 지역별 전력수급 균등화를 위해 전력계통영향평가가 시행됐다.

 

전력계통영향평가 도입목적은 계통포화 지역에 입지하려는 대규모 전력소비자가 전력망에 미치는 파급효과를 평가하기 위함이다. 10MW 이상 전기를 사용하는 사업자는 사업승인 등 신청 이전에 평가를 실시해야 한다. 국가첨단산업 또는 기반시설 등에 해당한다면 전력계통영향평가 제외신청서를 제출해 예전처럼 전력수전예정통지를 받을 수 있다. 이에 해당하지 않는다면 전력계통영향평가를 통해 전기사용신청을 받아야 한다. 전력계통영향평가는 기술적, 비기술적, 정책적 요소를 종합적으로 평가한다. 기술적 평가항목 60점 및 비기술적정책적 요소 20점으로 구성된다. 총합 70점 이상 되면 분과위원회 상정될 수 있다.

 

기술적 평가항목 첫번째 항목은 전력공급 여유도다. 전기사용자가 한전망에 접근했을 때 전력계통설비가 과부하 없이 부하를 공급할 수 있는 정도를 의미한다. 계통여유도와 과부하변화율을 합쳐서 총 25점이 배점돼 있다.

 

두번째 항목은 전력공급 여유 확보난이도다. 전기공급 이후 전력계통설비에 발생하는 과부하를 해소하기 위한 전력설비 보강시간 및 비용을 평가하는 항목으로 총 20점이 배점돼 있다. 세번째 항목은 적정전압 유지 가능 여부로 계통영향사업자에 대한 전기공급 이후 전력계통이 전압을 적정하게 유지할 수 있는지 여부다. 배점 없이 가능, 불가능으로 구분된다.

 

네번째 항목은 전력공급 영향 최소화다. 계통영향사업자가 설치하고자 하는 자가발전 운전계통영향사업자가 변전소부지를 제공해 해당지역 전력공급 능력확보에 기여할 수 있는지 여부로 총 5점이 가점항목으로 배점돼있다.

 

다섯 번째 항목은 공급여유 확보 기여여부다. 계통영향사업자가 변전소부지를 제공해 해당지역 전력공급 능력확보에 기여할 수 있는 지 여부로 총 5점의 가점이 주어진다.

 

여섯번째 항목은 적정전압 신청여부다. 계통영향사업자가 계약전력별 적정전압을 신청했는지 여부를 평가한다. 적정전압 미해당시 15점 감점항목으로 주어진다.

 

비기술적 평가항목은 5개 항목 총 20점으로 구성돼있다. 첫번째는 사업안정성이다. 계통영향사업자가 해당사업을 수행할 수 있는 자금안정성을 확보한 정도로 총 5점이 배점돼 있다. 두번째는 지방재정 기여도다. 사업소재지에 납부할 세액의 상대적 비중을 파악해 해당지역 경제에 긍정적인 경제적 파급효과를 나타내는 정도를 의미한다. 총 5점이 배점돼 있다.

 

세번째는 산업활성화 효과다. 해당사업으로 인해 발생할 부가가치 유발효과와 고용유발효과 정도를 평가하며 총 10점이 배점돼 있다.

 

네번째는 해당지역 지원사업이다. 계통영향사업자가 사업소재지에 지원사업을 통해 해당지역에 어느정도 기여하는지 여부로 총 5점의 가점항목으로 부여된다.

 

다섯번째는 특별법 지원사업 여부다. 계통영향사업자의 사업이 특별법에 의한 지원사업에 해당하는지 여부를 가점 5점으로 평가한다.

 

정책적 평가항목은 3개 항목 총 20점으로 구성돼 있다. 첫번째는 전력자립도다. 계통영향사업자의 해당사업지가 소재한 광역자치단체의 전력판매량 대비 발전량의 비율을 평가한다. 총 10점이 배점돼있다. 서울시의 경우는 전력 자립도가 10% 수준으로 2점을 받게 된다.

 

두번째는 전력정책 부합도다. 해당사업의 입지 및 시행과 관련한 지역주민 수용도, 전력수요 분산 등 전력정책 등의 종합적인 영향평가다. 총 10점의 정성적 평가로 구성돼있다.

 

세 번째 항목은 전력수요 분산화효과다. 해당사업이 입지하는 기초자치단체의 지역낙후도, 인구밀도 및 재정자립도로 전력수요 분산효과를 평가한다. 최대 15점까지 가점이나 감점을 부여한다.

 

전력계통영향평가는 현재 시범운영 기간으로 한전에서 접수에서 결과회신 과정까지 모두 수행하고 있다. 사업자가 한전에 신청서를 제출하면 최대 90일내에 기술검토 결과를 회신받을 수 있다. 이후 사업계획서, 주요변경이력, 평가항목별 득점 및 근거자료 등 평가서를 작성해 산업부에 제출하면 산업부에서 정책적항목을 평가하며 분과위원회에 안건을 상정하게 된다. 위원회에서 평가서를 전력정책심의회에서 심의하며 그 결과를 사업자에게 평가서 제출일 이후 60일내에 결과를 알려준다.

 

총점 70점 이상인 경우 무조건적으로 분과위원회에 안건이 상정된다. 만약 70점을 넘지 않더라도 한전에서 해당 변전소의 전력공급 가능여부를 평가해 총점과 무관하게 전력정책심의회에 상정할 수 있다.

 

평가서는 계통영향사업자가 직접 작성하는 것이 원칙으로 작성지침 등 정보를 제공하고 있다. 산업통상자원부공고 제2024-809호에서 전력계통영향평가서 작성지침서 및 기본양식을 확인할 수 있다.

 

장동환 부장은 ‘현재 계통영향평가 신청대기 건수가 200건을 넘길 정도로 포화된 상황이다“라며 ”계통영향평가 신청의 60% 이상이 DC이며 DC사업자는 이제 예전과는 다르게 필수적으로 전력계통을 고려해야할 것“이라고 말했다.

 

액침냉각, DC 고발열문제 해법 부상

최동훈 GRC코리아 이사는 ‘DC를 위한 액침냉각기술 소개와 성공사례’를 주제로 발표했다.

 

최근 DC에서 가장 화두에 오른 주제는 전력과 공간부족 및 고발열 대응이다. 지난 수십년간 DC에는 공기냉각방식을 사용했다. 그러나 지금은 DC의 좁은 공간에 고발열칩이 몰려있기 때문에 공기냉각으로는 더 이상 대응이 힘든 상황이다.

 

아직까지는 90% 이상 DC가 공기냉각방식을 사용하고 있는데 랙 당 부하가 20% 수준을 넘어간다면 필수적으로 액체를 이용한 냉각방식을 고려해야 한다. 이에 따라 액체를 이용한 냉각방식을 DC에 들여오려는 상황이며 관련시장이 2027년 15조원 규모로 예측될 만큼 커지고 있다. Data Center World에 의하면 50% 이상의 DC가 3년 이내에 액체냉각 방식을 구축할 것으로 전망했다.

 

액체냉각기술에 다양한 기술이 있는데 그 중 가장 효과적인 것은 액침냉각(immersion cooling)이다. DC전력부하 중 33~40%는 쿨링에서 발생하는데 액침냉각을 사용한다면 이 전력부하를 3% 수준으로 줄일 수 있다. 현재 액침냉각은 5세대 냉각방식에 해당하며 전체 시스템을 차가운 액체에 담그는 방식이다. 1세대 냉각방식의 PUE(Power Usage Effectiveness, 전력사용효율)가 1.7 수준이었다면 5세대 액침냉각은 PUE 1.03으로 거의 열점에 가까운 수준에 다다른다.

 

액체냉각은 △1상 액침냉각 △2상 액침냉각 △콜드플레이트(Cold Plate: DLC) △리어도어 냉각(Rear-Door heat exchanger) 등으로 구분된다. GRC에서 사용하는 액체냉각의 방식은 1상 액침냉각으로 80% 이상의 업계에서 사용되는 방식이다. 비전도성, 비부식성 유체에 서버를 담구는 방식으로 2상 액침냉각에 비해 효율이 다소 떨어지지만 물질적 호환성 및 건강문제가 없다는 장점이 있다.

 

최동훈 이사는 ”효율성과 안정성을 복합적으로 고려했을 때 1상 액침냉각이 앞으로의 대세가 될 가능성이 높다“고 밝혔다.

 

액침냉각은 크게 3개의 유닛으로 구성된다. 하나는 랙으로 서버를 담구는 수조다. 중간의 CDU(열교환기 및 순환펌프 일체형 장비)에서 유전체 냉각수(Coolant)을 분산시켜주며 외부 냉각탑 또는 드라이쿨러와 연결돼 별도의 냉각수가 CDU내부로 순환한다.

 

Coolant는 전기 및 화학적 비활성 액체로 친환경 무취 무독성, 비증발, 불활성, 비전도성을 가진 1상 냉각제다. DC 전체 수명동안 증발하지 않으며 교체할 필요가 없다. 거의 모든 전자 및 IT 구성요소와 호환가능한다.

 

액침냉각시스템에서 서버를 운영한다면 무산소 환경에서 서버 및 구성요소의 산화와 부식을 방지하며 DC핫스팟(기류적체구역)을 제거할 수 있다. 또한 서버 구성요소에 대한 보다 균등하고 낮은 온도로 냉각이 가능하며 공랭식 대시 20% 낮은 서버 코어 온도를 유지하는 등 장점이 있다.

 

공기냉각 방식으로 CPU를 냉각시키면 CPU온도가 85℃까지 올라가는 반면 액침냉각의 경우 65℃ 수준으로 25% 이상 안정적인 성능을 낼 수 있다. 인프라적 측면에서도 항온항습기가 필요없으며 백업용 발전기와 UPS 숫자도 줄일 수 있다. 이러한 점을 고려한다면 액침냉각의 초기비용도 공기냉각과 거의 비슷하게 유지할 수 있다.

 

이후 △SK텔레콤 △india Phone pe DC △CGG △Shell-Skybox DC △TACC △Tokyo institute of Technology △ZELENDATA CENTER △U.S Air Force 등 다양한 구축 및 실증사례가 소개됐다.

 

국내에는 SK텔레콤이 가장 먼저 GRC의 액침냉각을 도입했다. 최종 결과는 pPUE 1.038수준이 나왔으며 공기냉각 대비 냉방 전력은 93%, 서버전력 10% 절감효과를 얻어 절감 총전력 최대 37%의 성과를 기록했다.

 

미국 CGG의 경우는 16년 이상 액침냉각을 사용했으며 기존 용액을 한 번도 교체하지 않았다. 필요한 냉각용량을 100kW 단위로 개조구축해 다운타임을 제거했으며 총 DC 에너지 사용량을 50% 수준으로 감소했다.

 

친환경 수중 DC, 경제성·안정성 확보가 관건

최영진 한국해양과학기술원 해양공간개발‧에너지연구부 선임연구원은 ‘친환경 수중DC 대단지 구축전략’에 대해 발표했다.

 

한국해양과학기술원은 낮은 온도의 해수를 활용해서 수중 DC구축 연구를 구성했다. 수중 DC의 경우 자연해류를 활용하는 방식으로 냉각효율이 높으며 DC 고장률도 낮다. 또한 분산에너지특별법과 연계해 저렴한 전기료로 구동가능하며 국방데이터와 같은 민감한 정보저장 및 활용공간으로서의 이점도 있다.그러나 유지관리 문제가 있으며 따개비 등 부착 생물로 인해 냉각효율저하 가능성이 있다. 또한 해저 진동으로 인해 서버 안정성 확보가 필요하며 해양공간이라는 특성 상 국가적차원의 연구개발과 구축이 필요하다는 문제점도 있다.

 

실제 마이크로소프트사 Natick 프로젝트에서 스코틀랜드 오크니섬의 864대 서버와 276PB 스토리지를 배치했다. 고장률이 1/8 수준으로 우수했지만 진동이 서버에 미치는 영향이 큰 것으로 나타났다.

 

해양수산부는 국정과제로 ‘해저공간 창출 및 활용기술 개발’ 연구를 울산광역시와 함께하고 있다. 과제의 목표는 수심 30M에서 3명의 연구원이 최대 28일간 생존가능한 공간을 만드는 것이다. 이러한 해저공간 플랫폼에 DC모듈을 설치해 Rack 1~2개 분량의 수중 DC를 운영할 예정이다.

 

올해 4차연도 연구가 시작돼 조만간 건설이 진행될 예정이다. 사전연구를 통해 단면적을 높여 방열효과를 높이며 구조적안정성을 보장하는 최적의 DC모듈 형태를 구성했다. 모듈 유한요소 해석 결과 11개 리브를 사용한 형태의 모듈이 가장 효과적인 것으로 나타났다.

 

수중DC 방열해석을 위한 CFD 실험에서 또한 해수온도 13.5℃, 25℃ 조류속도 0.1m/s, 1m/s를 가정해 케이스스터디를 수행했다. 실험결과 해수온도 13.5℃ 인 경우 냉각랙 효율이 75% 이상 가동해야 UDC가 정상작동하며 해수온도 25℃의 경우 냉각랙 효율이 100% 이상 가동해야 UDC가 정상작동하는 것으로 나타났다. 전기실 설비 작동 시 장치발열로 인해 내부 평균온도가 45℃를 초과하므로 별도의 냉각시스템이 필요하며 조류변화에 따른 UDC모듈 방열효과는 미비한 것으로 나타났다.

 

해수 냉각랙 모사 실험에서는 2M 길이 Steel코일을 해수 외부배관처럼 설치해 랙내외부 온도 및 전력사용 데이터를 측정하고 이를 바탕으로 해수온도에 따른 냉각성능을 판단했다. 테스트 결과에서 실제 실증환경을 고려하면 50% 수준의 Cooling Load가 필요할 것으로 보이며 PUE는 1.1 수준으로 나타났다. 냉각랙 활용시 냉각소요전력의 비중은 9.8%로 예상된다.

 

위 연구과제를 바탕으로 해수부는 수중 DC 대단지 구축 기획연구를 수행했다. 울산시, SKT, GS건설, 포스코, KIOST 업무협약 및 심포지엄이 작년에 개최됐으며 해수 냉각기술 적용 탄소 0 하이퍼스케일 DC 단지 기술 개발을 위한 연구를 기획했다.

 

기술설문조사 결과 경우 비상상황 예보 및 경보에 따른 자동 대응과 보안, 해수배관을 활용한 DC 냉각기술이 가장 시급하며 중요한 전문가들에 의해 기술로 평가됐다.

 

수중 DC 경제적 파급효과를 분석한 결과 전선 및 케이블, 통신, 전력 등이 가장 연계성이 높은 것으로 나타났으며 1,800억원 가량 생산유발효과와 800여억원 부가가치유발효과가 기대됐다. 취업유발효과도 830명 수준으로 나타났다.

 

사업비 규모는 10만대 이상 서버가 수요되는 하이퍼스케일 DC서버에 건설공사비와 조사설계비 등을 합해 총액 1,100여억원이 예측됐다. 이는 공사비 측면에서 육상 DC에 비해 비용이 더 드는 것이지만 인건비 및 자재비 상승과 기타 부대효과를 고려한다면 수중 DC 단지 구축이 더 저렴할 것으로 판단된다.

 

최영진 선임연구원은 ”수중 DC가 활성화 된다면 분산에너지특별법의 적용과 국가적 차원에서 유효공간활용에 이점이 있다“라며 ”올해부터 건설발주가 나갈 것이며 내년과 내후년에 걸쳐 모듈의 테스트베드를 통한 성능검증 및 연구성과를 확장할 것“이라고 밝혔다.

 

DC RE100, 신재생에너지 확보전략 논의

권재원 아주대학교 에너지시스템학과 특임교수는 ‘DC RE100 이행방법과 신재생에너지 이용사례 및 주요 이슈’에 대해 발표했다.

 

RE100은 2050년까지 기업이 필요한 전력량의 100%를 친환경 재생에너지 전력으로 사용하겠다는 민간자발적 캠페인이다. 가입대상은 연간전력소비량 100GWh 또는 Fortune 1,000대 기업 등 개별기업 단위다.

 

2025년 2월말 기준 RE100 참여기업은 451개사로 총 소비전력은 500TWh/yr으로 독일 전체 소비전력보다 많은 수준이며 한국과 비슷한 수준이다. 국내 글로벌 RE100 참여기업은 36개사다. 해외 주요 글로벌기업들은 이미 RE100을 달성하며 공급망업체에까지 RE100 및 탄소중립 요구를 확대하고 있다. 따라서 이를 충족하지 못한다면 공급망에서 배제되는 위험에 처할 수 있다.

 

AI시대가 도래하며 DC의 전기수요가 급증하고 있다. 2026년까지 AI활용으로 전력사용이 2022년에 비해 2배로 늘어날 것으로 예상되며 모건스탠리는 생성형 AI 전력수요가 2027년까지 DC전력 사용량을 초과할 수도 있다고 예상했다.

 

재생에너지는 글로벌 균등화 발전단가(LCOE) 하락으로 지속적으로 증가하는 추세다. 시장확대 및 가격하락의 선순환으로 이러한 확대추세는 지속될 전망이다. 미국기업의 청정에너지 계약규모는 2025년 2월기준으로 120GW 수준이며 이 중 ICT기업이 67%를 차지한다. DC 전문기업인 Equinix도 2GW 수준을 확보했다.

 

국내에서도 제11차 전력수급기본게획에 의해 재생에너지가 늘어날 것이며 2038년까지 태양광 77.2GW 수준으로 늘어날 전망이다. 그러나 이는 기존 발전소 전력공급량에 비해 부족한 수준으로 RE100을 실현하기에 한계가 있다.

 

따라서 REC구매나 Virtual PPA 체결 및 프로젝트 지분투자하는 방식을 고려해야 한다. 재생에너지 공급을 하는 유틸리티 사업자와 공급계약을 체결하거나 Green Microgrid를 활용하는 방법도 생각할 수 있다.

 

또한 2022년 기준 DC 전력수요 70%가 수도권에 집중돼 있는데 2029년까지 신청이 들어온 수도권 신규 DC 550개소 중 64개만 전기 공급이 가능하다. 따라서 DC 전기 공급을 위해서는 전력공급이 원활한 지역에 분산입지가 필요하다. 분산에너지 의무이행 계획이 시행되며 DC개발사가 수도권에 신규로 계약전력 30MW급 DC를 건설하려면 2040년까지 35MW 수준의 태양광 용량을 확보해야 한다.

 

AI DC 위한 하이브리드 UPS·파워솔루션 주목

임승범 이온 R&D센터장은 ‘고발열서버 냉각장치용 하이브리드 UPS 및 AI DC용 파워솔루션 소개’를 주제로 발표했다.

 

UPS(Uninterruptible Power Supply)는 무정전 전원장치로서 상용전원 또는 예비전원의 장애가 발생했을 때 안정된 교류전원을 정해진 정전보상시간동안 지속적으로 공급하는 장치다. UPS는 변압기타입과 무변압기타입으로 구분된다. 최근에는 크기가 작으며 손실율이 적은 무변압기타입이 95% 이상 사용된다.

 

또한 UPS는 운전방식에 따라 패시브스탠드바이방식, 라인인터랙티브방식, 더블컨버전 방식으로 구분된다. 대부분의 UPS는 더블컨버전방식으로 사용되며 출력전원 신뢰도가 높고 정전시 순단시간이 없다는 장점이 있다. 다만 복잡한 회로구성으로 높은 기술력이 요구된다.

 

DC는 전원구성에 따라 각각이 Tire 수준을 만족하도록 설계된다. Tier 1의 경우는 단독으로 UPS가 설치돼있으며 Tier 2는 UPS가 병렬로 구성돼 하나에 장애가 발생할 경우 나머지 UPS가 장애를 분담한다.

 

Tier 3의 경우 분산형 중복구성으로 UPS 1,2에 각각 SPS를 통해서 보조 UPS를 설치하며 주전원 이상 시에 대기중이던 다른 전원으로 무순단 절체를 시킨다. Tier 4는 각각의 UPS 2개를 둬 하나의 UPS에 이상이 생길 경우 다른 UPS를 통해 유지관리한다. 가장 안정적이지만 유지비용이 많이들어 최근 DC는 Tier 3로 많이 구성한다.

 

하이브리드 UPS란 PCS(Power Conditioning System, 전력변환장치)를 하이브리드로 구성하는 것을 말한다. 중요부하를 감당한다는 것이 일반 ESS와의 차이로 하이브리드 UPS는 평상시에 충전모드로 중요부하에 전원을 공급하다가 정전 시 무정전전원공급을 하게 된다.

 

전력계통영향평가 기술적 항목에 EMS와 ESS에 대한 구체적 설치계획이 있다면 최대 5점의 가점을 받을 수 있다. 또한 분산에너지 활성화 특별법에 의하면 신규 개발사업 시행자 또는 신축‧대수선 시설의 소유자는 분산에너지 설비를 설치해야하며 ESS의 경우 방전량의 2배수를 인정받게 된다.

 

따라서 전력계통영향평가와 분산에너지 활성화 특별법에서 제시하는 기준을 만족하기 위해서는 리튬배터리 기반 ESS를 적용하는 것이 가장 적절한 대안이다. ESS는 태양광이나 연료전지에 비해 필요면적과 소요비용 측면에서 유리하다.

 

특히 40MW DC에 ESS와 냉각장치 UPS를 구축하며 2MW 냉각부하에 대해서 경부하시간 충전 후 최대부하 시간 3시간 방전 운영시 연간 전기요금을 2.15억 절약할 수 있다.

 

AI DC는 상태에 따라 전력소모량이 15배 가량 차이난다. 따라서 이온의 파워솔루션은 이 피크상태의 전력소모량을 줄이는데 중점을 뒀다.

 

먼저 UPS 레벨에서 고속충전이 가능한 슈퍼 커패시티와 리튬배터리를 통해서 총소유비용을 절감할 수 있는 피크제어 파워솔루션이 있다. 파일럿 테스트를 통해 여러 유형의 AI DC 부하패턴을 파악하고 효과적으로 부하를 제어하는 최적의 전원인프라를 구축했다.

 

또한 IN RACK 레벨에서는 고속충전이 가능한 슈퍼 커패시티를 더미부하용으로 대체해 GPU 자체 효율을 높이며 냉각장치 절감을 가능하게 했다. 전압레벨에 따라 다양한 방식으로 대응해 공조부하를 많이 줄일 수 있다.

 

DC 냉각, 공냉식에서 수냉식으로 전환 가속

조진균 국립한밭대학교 설비공학과 교수는 ‘DC 효율적 운영을 위한 수냉식 냉각시스템기술과 운영전략 및 주요 이슈’를 주제로 발표했다.

 

DC수요가 급격히 증가하면서 예상가능한 문제점들도 뚜렷해지고 있다. 특히 전력사용 증가와 함께 서버에서 발생하는 발열량이 급증하며 이를 효과적으로 관리할 수 있는 냉각기술이 절실한 상황이다.

 

조진균 교수는 "서버에서 발생하는 열을 제대로 제거하지 못하면 서버가 다운되는 치명적인 상황이 발생할 수 있다"라며 ”특히 CPU, GPU, MPU 등 고성능 프로세서들이 등장하며 전력밀도가 높아지며 기존의 공냉식 냉각방식은 더 이상 적합하지 않다고“ 분석했다.

 

현재 DC 산업계는 기존의 공냉식 방식에서 벗어나 수냉식(리퀴드쿨링) 방식으로 빠르게 전환 중이다. 이미 글로벌 DC업체들도 차세대 냉각기술로 수냉식을 채택하며 이에 대한 기술적 준비를 서두르고 있다.

 

조진균 교수는 "이미 2013년부터 수냉식 냉각에 대한 설계기준이 마련되기 시작했지만 최근에야 IT장비를 위한 냉매의 온도 및 유량 등에 관한 구체적인 기준이 공개됐다"라고 설명했다.

 

특히 조진균 교수는 수냉식 냉각 시스템 중 핵심장비로 꼽히는 CDU(Cooling Distribution Unit)의 역할을 강조했다. CDU는 데이터센터 내에서 냉각수의 수질과 온도를 IT장비에 맞게 최적화해 공급하는 기능을 수행한다. 기존 냉각시스템과 IT장비를 위한 냉각수를 명확히 구분해 효율을 높이며 각 설비가 요구하는 냉각조건을 충족하도록 돕는다.

 

또한 수냉식 시스템의 성능최적화를 위해 최근 서버모사 실험을 진행했다. 민감도분석을 통해 CPU나 GPU 같은 고발열 부품의 온도를 65℃ 이하로 유지하기 위한 냉매온도와 유량기준이 도출됐으며 이는 향후 DC 냉각효율성 확보를 위한 중요한 기준이 될 것으로 기대된다.

 

조진균 교수는 ”향후 DC수요는 새로운 산업의 등장뿐 아니라 기존산업의 디지털전환으로 인해 계속 늘어날 것“이라며 “따라서 DC 운영자와 관련기업들이 변화하는 냉각기술 동향을 예의주시하며 이에 대응하는 것이 필수적이다”고 강조했다.

 

ESS, 분산전원 효율성 높이는 핵심기술

장권영 시너지 대표는 ‘분산전원‧DC 효율적인 운영을 위한 ESS기술과 운영전략’을 주제로 발표했다.

 

ESS란 화력이나 원자력 그리고 태양광 및 풍력을 이용한 신재생에너지 발전 등으로 생산된 전기에너지를 저장하며 필요할 때 사용하는 장치다. 전력계통에서 충전과 방전을 수행하며 공급과 수요를 동시에 조절하는 기능을 가진 중요한 분산자원이다.

 

과거에는 전력공급과 수요의 이상적인 수급곡선이 이뤄졌지만 현재는 신재생에너지 증가로 제어가 어려워 공급불안정이 존재하는 상태다. 또한 기후변화로 수요‧공급에 영향을 미치며 따라서 분산전원 및 계통에서 필요시 활용하기 어려운 측면이 있다. 이러한 상황에서 예비전원 역할을 하는 ESS는 필수적이라고 볼 수 있다.

 

또한 DC는 가상발전소(VPP: Virtual Power Plant)역할도 할 수 있다. VPP는 ICT 및 자동제어기술을 기반으로 다양한 분산형 전원을 연결 및 제어해 하나의 발전소처럼 운영하는 시스템이다. 즉 전력계통의 급전상황과 응동해 분산전원을 운영하기 위한 시스템으로 물리적으로 존재하는 발전기는 아니지만 발전소에서 전기를 공급하는 것과 동일한 효과를 가진다. 분산형 전원체계가 갖춰진다면 DC도 충분히 VPP의 역할을 할 것으로 보인다.

 

실제로 일론 머스크 테슬라 최고경영자는 ESS사업이 자동차보다 빠르게 성장할 것으로 예측했으며 실제로 그렇게 되고 있다고 밝혔다. 넥스트 크라프트베르케는 유럽대표 가상발전소 운영기업으로 재생에너지와 전기소비자 및 ESS를 모집한 뒤 자체 소프트웨어를 접목해 세계 최대 VPP를 구축 및 운영하고 있다. VPP운영을 통해 발전사업자의 수익을 증대하며 소비자의 전기요금을 절감했다.

 

만약 DC에서 ESS를 활용한다면 수요자원시장에 참여해서 추가적인 수익을 낼 수 있는 이점도 있다. 시간대별 상이한 전기요금을 활용해 수익성을 확보하거나 고객사의 전력사용 데이터를 분석해 전력거래시장으로부터 최대 이익을 제공하는 식으로 활용할 수 있다.

 

장권영 대표는 “AI 발달과 높은 수요로 인해 DC는 계속 증설되고 있으며 이를 수용할 전기에너지의 효율적 수급을 위해 ESS는 꼭 필요한 존재다”라며 “중요한 분산전원인 DC를 VPP로 활용할 경우 운영예비력으로 소모되는 비용을 절감가능하다”고 밝혔다.

 

이어 “운영예비력 절감금액을 다시 VPP 고도화를 위한 기금으로 조성해 투자하면 우리나라 전력시장은 안정성과 경제성이라는 서로 상반되는 효과를 동시에 확보할 것으로 예상된다”라고 말했다.

 

LNG 냉열‧지열융합 냉각시스템, DC 에너지절감 기대

조희남 지엔지테크놀러지 대표는 ‘LNG 기화냉열과 지열에너지를 융합한 DC 및 바이오 냉각시스템’에 대해 발표했다.

 

DC는 에너지 다소비시설로 탄소배출의 큰 원인으로 지목되고 있다. 따라서 DC 냉방시스템에 신재생에너지를 적용해 온실가스를 크게 감축할 수 있다. 재생에너지인 지열과 연간 900만Gcal 규모의 LNG(액화천연가스)의 기화냉열을 활용한다면 높은 경제성과 국가 분산전력정책에도 기여할 수 있다.

 

그러나 LNG는 계절별‧공급시간 별로 공급이 불균형해 안정적인 수급이 힘들다. 또한 부동액 순환 배관망 구축이 미비하며 LNG 기화냉열 일시중단 등 공급 불안정성 문제가 있다. 따라서 지열과 융합하는 방식을 생각할 수 있다. DC에 LNG 냉열 공급시 연간 총 30%의 전력비용을 절감할 수 있으며 LNG 냉열과 지열을 융합한다면 연간 195억원의 전력을 절감할 수 있다.

 

평시에는 LNG 기화냉열을 직접 이용하며 지열 축냉열원을 사용한다. 그리고 비상운용시에 지열 히트펌프를 이용하는 방식으로 3중 냉방열원 공급으로 안정적인 DC 냉방을 운용할 수 있다. 지열 축냉의 열용량 규모는 1만㎡(약 3,000평) 기준 LNG 기지에서 1.18년 동안 냉열원공급이 없어도 DC에 정상 냉방이 가능한 양이다.

 

지엔지테크놀러지는 이러한 고심도 지열 축냉기술을 통해 △건설신기술 제929호 △환경신기술 제549호 △중소벤처기업부 성능인증 △산업통상자원부 혁신제품 및 첨단기술제품 등 다양한 인증을 받았다. 또한 대한민국 건설환경 기술상 및 산업부 이달의 산업기술상 등도 수상했다.

 

조희남 대표는 “DC는 도심에 가까운 쪽에 설치되는게 유리한 측면이 있다”라며 “ESS나 연료전지 등 기술발전으로 인해 DC가 활성화되며 폐열을 활용하는 선순환까지 이어지기를 기대한다”고 말했다.