▲ 허성윤 미래에너지융합학과 교수

AI 강국 꿈꾸는 대학민국, ‘에너지’는 충분합니까

 최근 인공지능 기술이 눈부시게 발전하면서 인류의 삶은 큰 변화를 맞이하고 있다. 교육, 의료, 금융 등 산업과 사회 전 분야에서 AI는 효율성과 생산성을 높이고 새로운 가치를 창출하며 우리의 생활에 스며드는 중이다. 당장 대학만 보더라도 교육, 연구에 챗GPT로 대표되는 생성형 AI의 활용이 부쩍 증가했다는 것은 주지의 사실이다. 그러나 이러한 AI 기술의 발전은 예상치 못한 부작용(副作用)을 동반하는데, 그중 하나가 바로 에너지, 즉 전력 소비량의 급증이다.

 AI, 그 중에서도 기계학습 분야의 여러 모델은 방대한 데이터를 학습하고 연산을 수행하는 과정에서 많은 전력을 소비한다. 또한 AI 시대의 전력 소비를 증가시키는 주된 요소는 데이터센터이다. 국제에너지기구(IEA)는 2030년까지 전 세계 데이터센터의 전력 소비량이 현재 대비 2배 이상 증가할 것으로 전망했는데, 사실 AI 기술 확산 속도에 따라 이는 더 클 수도 있다. 국내 상황도 크게 다를 바 없다. 산업통상부에 따르면 29년까지 신규 데이터센터 수요는 732개이며 필요 전력 용량은 49,397MW이다. 수치의 정확성에 대한 검증은 필요하겠지만 향후 AI 데이터센터의 설치가 전력 생산과 전력망 운용에 부담으로 작용할 것임은 분명하다. 우리 사회는 AI 산업 육성에는 큰 관심을 보이는 반면, 늘어나는 전력 수요와 이에 대한 대비에는 상대적으로 관심이 없는 듯 하다.

 AI 기술 발전으로 인한 전력 수급 문제는 단순히 에너지 부족 차원을 넘어 국가 경제와 안보에도 영향을 미칠 수 있다. 안정적인 전력 공급이 뒷받침되지 않으면 AI 산업의 지속적인 성장 또한 어려워지고, 국가 경쟁력 약화로 이어질 수 있다. 또한, 혹여나 전력 공급 부족 상황이 발생할 경우, 산업 시설 가동 중단, 사회 기반 시설 마비 등 혼란이 초래될 수 있다. 이제라도 AI 시대의 전력 수요 증가에 대비해 기술·정책·시장이 결합된 통합적 대비책을 마련해야 할 것이다.

 AI 시대 전력 수요 증가에 대응하기 위한 전략은 크게 수요 측면과 공급 측면에서 찾을 수 있다. 우선 수요 측면에서는 에너지 효율 향상에 노력을 집중해야 한다. 대표적으로 AI 모델 자체의 에너지 효율을 높이는 연구 개발, 알고리즘 최적화, 경량화 기술, 특화된 하드웨어 개발 등을 통해 AI 모델의 전력 소비량을 획기적으로 줄여나가야 한다. 또한, 저전력 반도체 개발, 냉각 기술 개선 등을 통해 AI 시스템의 전력 소비량도 절감해야 한다. 데이터센터 자체의 에너지 효율을 높이는 것도 중요하다. 고효율 서버, 냉각 시스템, 전력 관리 시스템 등을 도입하고 데이터센터의 위치 선정 시에도 에너지 효율 수준을 고려해야 한다.

 정부와 기업은 AI 데이터센터의 전력수요를 예상하기 위한 공동 노력을 기울여야 한다. 이를 위해 법, 제도, 인센티브 마련을 통해 기업들이 AI 학습과 사용에 쓰이는 전력 소모량을 투명하게 공유할 수 있도록 유도해야 한다. AI를 활용한 작업의 종류마다 요구되는 전력량이 다르기 때문에, 기업의 협조 없이 정확한 전력 수요량을 예측하는 것은 매우 까다롭다. 더구나 예상보다 AI 기술 발전이 빠르게 발전하고 전력수요가 크게 증가할 경우엔 전력 수요 예측의 불확실성이 더 커질 것이다. 따라서 정확한 수요를 전망할 수 있는 공동의 노력이 필요하다. 예로 유럽연합(EU)은 최소 500kW급 이상의 전력을 사용하는 데이터센터 운영자에게 의무적으로 매년 에너지 소비량을 모니터링해 보고하도록 하고 있다.

 공급 측면에서는 국내 여건에 맞는 발전원 구성비를 바탕으로 공급 능력을 꾸준히 확대해야 한다. 현재 미국, 중국, EU 등은 AI 시대의 전력 수요 증가에 대응하기 위해 데이터센터 인근 발전소 건설 규제 완화, 관련 부지 주변 석탄 및 가스 발전 일시적 확대 등을 통해 단기간 내 전력 공급을 확충하는 동시에, 송전망 용량 확대, SMR 조기 상용화, 폐원전 재가동, 태양광 및 풍력 발전 확충, 초고압 송전망 구축 등 전력 계통 전반에 걸쳐 다각적인 사업을 추진 중이다. 우리나라도 AI 확대는 물론 에너지 소비 전 부문에서 최종에너지 사용의 전기화(electrification)가 꾸준히 진행될 것이므로 이에 대한 대비가 필요하다.

 AI 기술의 발전은 전력 수요 증가라는 숙제를 안겨주었으며, 이는 국가 경제와 안보에도 직결된 문제다. 에너지 효율 혁신과 전략적인 공급 능력 확대를 통해 이에 적극적으로 대응해야 한다. 지금이야말로 기술, 정책, 시장의 유기적인 결합을 통해 지속 가능한 AI-에너지 생태계를 위한 우리 모두의 고민이 필요한 때이다.

 마지막으로 2025년 4월 IEA(국제에너지기구)가 발표한 ‘Energy and AI’라는 보고서의 흥미로운 내용 몇 가지를 소개하고자 한다. 해당 보고서는 Energy와 AI의 상호작용과 미래 전망을 종합적인 시각에서 다루고 있어 향후 관련 분야 논의의 중요한 기초자료가 될 수 있으므로, Energy와 AI 간의 관계에 관심이 있는 독자는 읽어보기를 권한다.