[투데이에너지 홍시현 기자] 데이터센터는 ICT 신산업 활성화를 위한 핵심 기반시설로써 D.N.A(빅데이터, 차세대 통신, 인공지능) 및 ICBM(사물인터넷, 클라우드, 빅데이터, 이동통신) 기반 서비스 구현을 위한 데이터의 저장·처리·유통을 하고 있으며 신기술을 활용하는 분야가 점점 늘어나면서 데이터센터의 수요가 지속적으로 증가하고 있다. 데이터센터에서는 24시간 가동되면서 전력을 소비하고 이로 인해 기기에서 열(heat)이 발생해 이 열을 냉각시키기 위해 냉각장치를 가동되면서 많은 에너지를 소모한다. 데이터센터의 고에너지 소비 요인으로 꼽히는 냉각장치 에너지 소비를 줄이기 위한 기술개발이 진행되고 있다. /편집자 주
김정민 PWC 컨설팅 상무의 ‘데이터센터 시장의 급속한 성장, 주요 동인과 전망’에 따르면 데이터센터는 코로나19의 영향으로 인한 언택트 문화 확산으로 데이터 트래픽이 폭발적으로 증가했다. 넷플릭스, 유튜브 등 OTT(Over the Top) 서비스 성장으로 데이터 트래픽은 최근 2년간 약 2.5배 급증했다.
이러한 데이터 트래픽의 급증으로 글로벌 데이터센터는 2016년 1,252개에서 2021년 1,851개로 최근 5년간 약 50% 증가했다. 국가별로는미국이 815개로 대부분을 차지하고 있고 영국 210개, 독일 180개 순이다.
2020년 기준 국내 데이터센터 수는 156개로 글로벌 점유율은 약 10%이다. 2000년 이전 50여개에 불과했던 국내 데이터센터는 이후 매년 5.9% 증가해 세 배 이상 늘었다. 시장규모는 약 5조원 내외다. 특히 2015년부터 2020년까지 연평균 10.9% 성장했으며 오는 2025년까지는 연평균 약 15.9% 성장할 것으로 예상된다.
민간에서 구축·운영 중인 데이터센터는 88개, 정부 및 공공영역에서 구축·운영 중인 데이터센터는 68개로 나타났다.
데이터센터 건설 수요가 늘어나면서 지자체별로의 유치도 활발하다.
강원도는 춘천시와 한국수자원공사와 공동으로 수열에너지 융복합 클러스터 조성사업의 일환으로 K-클라우드 파크 구축사업을 추진 중이다. 춘천시 소양강댐 근처에 클라우드 데이터직접단지를 조성한다는 계획이다.
세종시는 도시첨단산업단지를 조성하고 있다. 이 단지 안에는 네이버 데이터센터가 올해 착공해 내년에 준공할 계획이다.
부산시에는 LG CNS의 데이터센터가 들어서 있으며 MS도 지난해 부산 강서 미음산단에 데이터센터 1개동을 준공 완료한데 이어 나머지 5개동을 순차 건설한다는 방침이다.
새만금개발청도 지난 4월 SK 컨소시엄과 협력해 새만금 산업단지 5공구에 2025년 데이터센터 8개동을 설립하고 2029년까지 16개동으로 확장한다는 계획을 발표했다. 특히 입주기업의 전력비 절감과 탄소배출을 줄이기 위해 신재생에너지를 활용한다는 계획이다.
■친환경 데이터센터
데이터센터 시장의 최근 트렌드는 △규모의 대형화 △친환경 그린 데이터센터의 성장으로 요약된다.
글로벌 시장 기준 최근 5년간 신설된 600여개의 데이터센터 중 10만대 이상의 서버를 갖춘 하이퍼스케일 데이터센터가 약 310개로 절반 이상을 차지할 정도로 대형화가 빠르게 진전되고 있다. 이는 데이터센터가 대형화될수록 운영비 절감을 통해 수익성을 개선할 수 있어 하이퍼스케일 데이터센터를 선호하고 있다. 국내에서는 현재 2곳(네이버 추천, KT 용산)에서 하이퍼스케일 데이터센터를 운영 중이다.
데이터센터 산업은 글로벌 탄소배출량의 0.8%에 해당할 정도로 탄소 다배출 업종이다. 직접적으로 오염물질을 배출하지 않는 데이터센터가 탄소배출량이 많은 것은 화력발전에 기반한 전력사용량이 과다한 것에 기인하고 있다. 하이퍼스케일 데이터센터 1곳 당 전력사용량은 평균 300MW로 원전 1기 발전설비의 1/3에 해당한다. 또한 대용량 서버 등 IT장비의 구동뿐만 아니라 시스템 안정화를 위한 냉각장치 운영에도 대규모 전력이 소요된다.
글로벌 IT기업은 전력소비에 따른 탄소배출량 저감을 위해 외부 냉기 활용, 신재생에너지 이용, 에너지효율 개선 등을 추진 중이다. 예로 애플, 구글, 페이스북 등은 데이터센터 인근의 태양광, 해상풍력으로 자체 신재생에너지 발전소를 건설해 활용 중이다. 국내의 경우 자연 냉기를 이용하거나 빙축열 시스템을 도입해 냉각장치의 효율을 높이고 있는 수준이며 신재생에너지 발전 활용은 기획 단계에 머물고 있다.
삼성 SDS 춘천 데이터센터는 외부 냉기 활용이 용이하도록 Y자형 구조를 적용해 설계했고 LG유플러스 평촌 데이터센터는 심야시간대 저렴한 전력을 이용해 얼음을 얼려 주간 냉방시스템에 활용하는 빙축열 시스템을 도입해 전력소비를 절감하고 있다. 신재생에너지 발전의 경우 SK브로드밴드가 새만금에 수상태양광 발전단지를 조성해 데이터센터 전력을 조달한다는 계획을 발표했다.
■고밀도 냉각솔루션
24시간 지속적으로 열이 발생하는 데이터센터에서는 냉각솔루션을 이용해 온도, 습도 및 공기흐름 등을 지속적으로 모니터링 해 최적의 실내 환경을 일정하게 유지해야 한다. 지속적으로 발생하는 열을 냉각시키지 않으면 데이터센터 내에 구축된 서버의 비정상적인 오동작으로 인해 셧다운 돼 데이터가 파괴돼 엄청난 사회·경제적 피해를 발생시킬 수 있다. 이를 예방하기 위한 고밀도 냉각솔루션에 대한 관심이 높아지고 있다.
한국환경산업기술원의 ‘데이터센터 냉각장치의 에너지 효율성 향상 이슈’에 따르면 데이터센터 내 냉각솔루션에 대해 고밀도 니즈가 증가하면서 급속히 변화하고 있는 정보통신 환경에 빠르게 대응하기 위한 모듈형 냉각솔루션 기술이 요구되고 있다. 이는 데이터센터의 냉각장치 운용비용을 최소화할 수 있는 방안으로 지속적으로 증가할 것으로 예상된다.
데이터센터의 에너지 고효율성을 위한 냉각솔루션은 기존의 CRAC(Computer Room Air Conditioner) 방식에서 신선한 외부 공기를 이용해 데이터센터를 냉각시키는 랙(rack) 기반의 고밀도 냉각방식으로 전환되면서 랙당 10KW 이상의 냉각용량을 제공할 수 있게 됐다. 아울러 이 냉각기술은 냉각설비 비용과 에너지 소비를 모두 줄일 수 있는 친환경적인 획기적인 솔루션으로 평가받고 있다. 이 기술은 Liquid Cooling 기술과 Closed Couple Cooling 기술 등 고밀도 냉각을 위한 다양한 방식들이 개발, 진행 중이다.
■국내외 투자 및 연구
SK루브리컨츠가 지난 3월 데이터센터 액침냉각 시스템 전문기업인 미국 GRC사에 2,500만달러(한화 약 324억원) 규모의 지분에 투자했다.
데이터센터 액침냉각은 냉각유에 데이터서버를 직접 침전시켜 냉각하는 차세대 열관리 기술로 냉각효율이 매우 좋은 것으로 알려졌다. 기존 공냉식대비 냉각전력이 크게 감소돼 전체 전력소비량을 약 30% 줄일 수 있으며 그만큼 탄소배출감축 효과도 있다. 전력 소비 감소로 공냉식대비 투자운영비도 약 20% 이상 절감 가능해 운영경제성 측면에서도 장점이 있어 업계는 시장이 매우 가파르게 성장할 것으로 보고 있다.
공냉식은 데이터센터 서버실에 저온 공기를 순환시키거나 팬을 설치해 냉각하는 방식이다.
SK루브리컨츠의 관계자는 “데이터센터산업은 빅데이터 및 디지털화 트렌드와 함께 지속 성장할 것으로 전망된다”며 “많은 양의 트래픽을 안정적으로 운영하기 위한 열관리 시스템 투자가 큰 폭으로 증가할 것”이라고 설명했다.
국내에서도 2008년 이후부터 액침식 제습 및 증발 냉각 기반 공조 시스템에 대한 연구가 활발하게 진행돼 2015년 핵심 기술 관련 국내 특허 2건이 등록된 바 있다. 제습 증발 냉각 기술 기반 전외기 공조 시스템의 개념 및 열역학적 프로세스, 제습제의 재생열원 및 제습용액(액침식)의 냉각 방식 등에 대한 특허들로써 실제 상용화를 위한 시스템 구성, 패키지 유닛 제작 기술 및 구성 요소별 목표 성능 달성 등에 대한 후속 연구가 진행되고 있다.
■냉각장치의 고효율화
국내 전체 에너지 소비량의 약 25%를 건물의 냉난방 시설이 차지하고 있으며 그 중 약 50%가 데이터센터와 같은 열 발생 장치의 냉방을 위해 사용되고 있다.
데이터센터 연간 운영비용의 75% 이상이 에너지 관련 비용이며 이중 60% 이상을 냉각 설비 및 수·배전 설비 등이 차지하고 있다. 특히 국내 데이터센터의 전력사용량은 2014년 2.5TWh에서 2016년 2.8TWh로 연평균 5.5% 증가를 기록하고 있다. 같은 기간 국내 산업용 전력 소비 증가율(1.0%)과 비교하면 무려 5배 이상 높은 수치다.
데이터센터는 에너지 관리를 위해서는 냉방 에너지 소비를 줄일 수 있는 에너지 절약형 공기조화장치의 개발이 필요하다. 데이터센터의 쾌적한 실내 환경과 깨끗한 공기질을 확보하면서 탄소배출량 저감에 기여할 수 있는 새로운 저에너지 친환경 냉각장치의 개발이 요구되고 있다.
결국 데이터센터 냉각장치의 고효율화를 위해서는 데이터센터 운영 기업 간 연계 및 협력이 이뤄질 수 있도록 연구개발 및 자원 배분 효율성 차원에서 정부의 지원 방안 마련이 시급하다.