AI반도체 공장 돌리는데 전기는 얼마나 필요할까로 알아본 전력 인프라 필요성

AI가 점차 확대되면서 같이 중요해지고 있는 것이 전기 생산량입니다.

전기는 만들자고 해서 금방 만들어 질 수 있는 것도 아니고, 만들 수 있는 장소가 한정되어 있기에, 만들어진 전기의 이동에도 큰 노력이 필요합니다. 또한 만들어진 전기는 보관이 어려워 적절한 생산계획과 보관방법 또한 중요합니다.

이러한 전기는, 단순 생산만을 얘기하지 않고, 전력 인프라라고 관련된 산업을 모아서 지칭하는 이유입니다.

 

이러한 전력인프라에 대해 한번 알아봤습니다.

 

 

AI와 전력 인프라의 중요성

• AI의 전력 소모: AI(인공지능)는 ‘전기 먹는 하마’로 비유되며, AI 시대를 선도하려는 국가와 기업들이 전력 확보에 분주하다.
• 전력 인프라의 필요성: AI와 반도체 중심의 4차 산업혁명을 주도하기 위해서는 첨단산업에 맞는 전력 인프라가 필수적이다.
• 전력 공급의 중요성: 전력이 첨단 산업화되지 않으면 주요 수출 산업의 경쟁력을 잃게 될 것이라는 경고가 있다.
• 전력 확보의 어려움: 친환경 발전소 건설만으로는 부족하며, 발전소와 첨단 공장을 연결하는 송배전망의 부족도 문제로 지적된다.

AI 전력 소모량 분석

• 전력 소모량: 국제에너지기구(IEA)의 ‘2024 전기’ 보고서에 따르면, 챗GPT와 같은 생성형 AI는 한 번 검색할 때 평균 **2.9와트시(Wh)**의 전력을 소모한다.
• 비교 분석: 구글에서 한 번 검색할 때 소모되는 전력은 평균 0.3와트시로, AI의 전력 소모량이 10배 더 많다.
• AI 반도체 공장 운영: AI용 반도체 공장 한 곳을 운영하는 데는 원전 1~2기의 발전량이 필요하다는 분석이 있다.
• 클린룸 유지: 클린룸을 유지하는 데 필요한 전력 소모가 크기 때문에, AI 산업의 전력 수요가 증가하고 있다.

전력 인프라의 필요성

• 전력 인프라의 중요성: 첨단 산업에 적합한 전력 인프라가 AI와 반도체 중심의 4차 산업혁명을 주도할 수 있는 핵심 요소로 부각되고 있다.
• 전력 경쟁력: 전력이 첨단 산업화되지 않으면 주요 수출 산업의 경쟁력을 잃게 될 것이라는 경고가 있다.
• 전력 공급의 안정성: AI 데이터센터 유치를 위한 안정적인 전력 공급이 필수적이다.
• 정책적 접근: 정부와 기업이 협력하여 전력 인프라를 강화해야 한다는 필요성이 제기되고 있다.

전력 수요 증가의 원인

• 탄소 중립의 영향: 탄소 중립은 모든 에너지를 청정 전기로 전환하는 것을 목표로 하며, 이로 인해 전력 사용량이 증가하고 있다.
• AI의 전력 소모: AI는 전기를 많이 소모하는 핵심 기술로 자리 잡고 있으며, 이는 선진국에서 더욱 두드러진다.
• 전력 사용 증가: AI와 탄소 중립의 두 가지 요인으로 인해 첨단 산업이 많은 선진국일수록 전기를 더 많이 사용하게 된다.
• 정책적 대응 필요: 이러한 전력 수요 증가에 대응하기 위한 정책적 노력이 필요하다.

반도체 클러스터의 전력 요구

• 용인 반도체 클러스터: 삼성전자와 SK하이닉스가 용인에 첨단 반도체 공장 10개를 건설할 계획이다.
• 전력 공급 예측: 정부는 이 클러스터에 **10기가와트(GW)**의 전력 공급이 필요할 것으로 보고 있다.
• 원전 발전 용량: 공장 1곳당 원전 1기의 발전 용량이 필요하다는 분석이 있으며, 원전 1기의 발전 용량은 약 1.3기가와트이다.
• 전력 수요 증가 예측: 학자들은 실제로 필요한 전력이 더 많을 것이라고 예측하고 있다.

AI 데이터센터의 전력 소모

• AI의 연산 방식: AI는 빠르게 연산하면서 전기를 소모하며, 연산 중 발생하는 열을 식히기 위해 추가적인 전력이 필요하다.
• 데이터센터 수요: 한국의 데이터센터 수요를 분석한 결과, 추가로 48기가와트의 전력 설비가 필요하다는 결론이 나왔다.
• 현재 발전 용량: 현재 한국의 전체 발전 용량의 절반에 해당하는 전력이 추가로 필요하다는 점이 강조된다.
• 전력 공급의 긴급성: AI 데이터센터의 전력 소모가 많아짐에 따라 전력 공급의 긴급성이 더욱 부각되고 있다.

전력 미스매치 문제

• 발전 설비 투자 증가: 한국의 발전 설비 투자는 1990년 이후 5.3배 증가했으나, 송전망 투자는 1.5배에 그쳤다.
• 정치적 요인: 정치적으로 탈원전과 친원전 정책이 오가면서 전력 생산지와 수요지 간의 불일치가 발생하고 있다.
• 전력 미스매치 현상: 재생에너지는 지리적 편차가 크기 때문에, 전력 생산지와 수요지 간의 미스매치가 심각한 문제로 대두되고 있다.
• 송전망 문제: 태양광과 풍력 발전소는 특정 지역에 집중되어 있어, 송전망의 문제를 해결해야 한다는 필요성이 있다.

재생에너지의 한계

• 간헐성과 변동성: 태양광과 풍력 발전은 간헐성과 변동성이 특징으로, 안정적인 전력 공급이 어렵다.
• 백업 장비 필요: 발전이 부족할 때를 대비한 백업 장비와 과잉 발전 시 충전할 시설이 필요하다.
• 비용 증가: 모든 에너지를 청정 전기로 전환하는 데는 천문학적인 비용이 소요될 수 있다.
• 유럽의 사례: 유럽은 청정 전기화 추진으로 인해 친환경 비용 증가와 인플레이션 문제를 겪고 있다.

한국의 지리적 한계

• 태양광 이용률: 한국의 태양광 이용률은 **15%**로, 미국 캘리포니아의 **23%**에 비해 낮다.
• 일조량의 불균형: 여름철 장마 등으로 인해 일조량이 균일하지 않으며, 이는 발전량에 영향을 미친다.
• 풍력 발전의 한계: 한국의 풍속은 초당 6~7m로, 덴마크의 10m에 비해 낮아 발전량에서 3~5배의 격차가 발생한다.
• 지리적 극복의 어려움: 불리한 지리적 여건을 극복하기 위한 노력이 필요하다.

전력 공급의 장기적 대응

• 발전소 건설 방안: 첨단 공장 가까이에 발전소를 짓는 방안을 모색해야 한다.
• 가교 역할: 액화천연가스(LNG) 발전소를 세워 가교 역할을 맡기는 방안이 제안된다.
• 소형 모듈 원전(SMR): SMR 기술도 고려할 수 있으나, 기술 개발이 필요하다.
• 전력 안정성 확보: 경제적으로 안정적인 전력 확보가 우선되어야 하며, 장기적으로 청정 에너지 발전 기술과 송전망 확충이 필요하다.

전기의 공공재 개념

• 전기의 성격: 전기는 한전 같은 공기업이 공급하지만, 경제학적으로 공공재는 아니다.
• 공공재의 정의: 공공재는 비배제성과 비경합성을 가진 상품·서비스를 의미한다.
• 전기 서비스의 특성: 전기는 내가 돈을 낸 만큼 사용하는 서비스로, 내가 사용하면 남이 사용할 수 없다.
• 가격 메커니즘 필요: 수요와 공급이 자연스럽게 맞춰지기 위해서는 적정 가격을 내고 전기를 사용하는 가격 메커니즘이 필요하다.

전기 시장의 가격 메커니즘

• 수요와 공급의 조화: 전기는 초 단위로 수요와 공급을 맞춰야 하는 서비스이다.
• 정전의 위험: 초과 공급이나 초과 수요가 발생하면 정전의 위험이 있다.
• 전기 시장의 독점: 한국에서는 전기 송배전과 판매를 한전이 독점하고 있으며, 정부가 판매 가격을 통제하고 있다.
• 가격 조정의 필요성: 수요와 공급에 맞춰 가격이 조정되는 가격 원리가 전기 시장에서 작동하지 않고 있다.