AI 시대의 전력 수요와 해결책: SMR과 신재생에너지의 부상

1. 요약

• AI 기술의 비약적인 발전은 전력 수요의 급증을 초래하며, 이는 데이터센터와 같은 주요 전력 소비처의 에너지 소비 증가로 이어지고 있습니다. 이러한 흐름은 전 세계적인 에너지 공급 체계에 심각한 도전을 안겨주고 있으며, 특히 데이터센터는 AI 모델을 학습하고 운영하기 위해 막대한 양의 전력을 소모하고 있습니다. 예를 들어, 챗GPT와 같은 생성형 AI 모델은 일반적인 온라인 검색보다도 10배 이상의 전력을 사용하는 것으로 관찰되고 있습니다. 이러한 상황에서 국제에너지기구(IEA)는 전 세계 전력 수요가 2026년까지 연평균 3.4% 증가할 것이라고 예측하고 있습니다. 이에 따라, 기업들은 새로운 전력 공급원을 찾기 위한 노력을 기울이고 있으며, 이 과정에서 소형모듈원전(SMR)과 신재생 에너지가 중요한 대안으로 부각되고 있습니다. SMR은 기존 대형 원전에 비해 설치가 용이하고, 전력 공급의 지속 가능성을 높이는 기술입니다. 또한, 일본과 한국 기업들이 SMR 기술을 활용하여 전력 시장의 변화에 효과적으로 대비하고 있는 사례를 통해, 이 기술의 필요성과 시장의 기회를 확인할 수 있습니다.

• 최근 일본, 미국, 한국 등 세계 여러 나라에서는 SMR뿐만 아니라 신재생 에너지 기술의 발전 또한 활발히 이루어지고 있습니다. 특히, 태양광과 풍력 발전 기술의 급능장과 효율성 증가는 국가와 전 세계의 에너지 자립을 강화하는 데 중요한 역할을 하고 있습니다. 예를 들어, EU는 2030년까지 에너지 소비의 32%를 신재생 에너지로 충당하겠다는 계획을 세우고 있으며, 이에 따른 법적 기반을 마련하고 있습니다. 이러한 변화는 SMR과 신재생 에너지의 통합적 접근을 통해 전력 공급 안정성과 환경적 지속 가능성을 동시에 달성하는 방향으로 나아가고 있음을 보여줍니다.

2. 전력 수요의 급증과 그 원인

• 2-1. AI 개발 Boom과 전력 수요 상승

• 최근 인공지능(AI) 기술의 비약적인 발전은 전 세계적으로 전력 수요의 급증을 초래하고 있습니다. 특히 데이터센터는 AI 모델을 학습시키고 구동하기 위해 방대한 양의 전력을 필요로 합니다. 데이터센터는 수백 대의 서버로 구성되어 연중무휴로 가동되며, 이를 위해서는 지속적으로 전력을 공급받아야 합니다. AI 분야의 대표적인 예로, 챗GPT와 같은 생성형 AI 모델은 데이터 처리 및 학습 과정에서 평균적으로 온라인 검색에 비해 10배 이상의 전력을 소모하는 것으로 알려져 있습니다. 이러한 전력 소모는 데이터센터의 온도를 유지하고 냉각하는 데에도 큰 영향을 미칩니다. 이런 상황에서 국제에너지기구(IEA)는 올해부터 2026년까지 전 세계 전력 수요가 연평균 3.4% 증가할 것이라고 예측하고 있으며, 이는 AI 기술 발전에 따른 수요 증가를 반영한 결과입니다. AI 기술이 발전하면서 데이터센터의 전력 사용량이 급증하고 있으며, 전문가들은 향후 AI가 전 세계 전력 사용량 중 10%를 차지할 것이라고 전망하고 있습니다. 이러한 급증하는 전력 수요가 결국 전력 고갈 문제를 촉발할 위험이 커지고 있습니다.

• 2-2. 전력 고갈 문제의 현실화

• 현재 전력 고갈 문제는 각국의 에너지 정책에 큰 영향을 미치고 있습니다. AI 개발에 따른 데이터센터의 급증은 전력 공급 체계의 지속 가능성에 도전하고 있으며, 이에 따라 기업들은 새로운 전력원을 모색하고 있습니다. 예를 들어, 챗GPT와 같은 AI 서비스를 운영하는 오픈AI는 2027년부터 소형모듈원전(SMR)을 통해 전력을 공급받을 계획을 세우고 있습니다. 이와 같이 빅테크 기업들이 원자력 에너지에 주목하는 것은 탄소 중립에 대한 요구가 높아지는 현대 사회에서 전력 수요를 안정적으로 충족시킬 수 있는 방법을 찾고 있기 때문입니다. 실제로 올해 상반기 기업들이 신규 데이터센터 운영을 위해 요구한 전력량은 약 24기가와트(GW)로, 이는 지난해 동기 대비 3배 이상 증가한 수치입니다. 이러한 상황에서 원자력 에너지는 안정적이고 지속 가능하며, 온실가스 배출이 적은 대안으로 부상하고 있습니다. SMR과 같은 신기술을 통해 원자력을 통해 안정적으로 전력을 공급받을 수 있다는 가능성이 기업들에게 매력적으로 다가오는 것도 이와 관련이 있습니다. 이러한 혼잡한 전력 수요와 대체 에너지의 필요성은 에너지 산업 전반에서 새로운 방향성을 제시하고 있으며, 향후 에너지 시장의 변화와 변동성을 예방하기 위한 해결책이 절실해지고 있습니다.

3. 소형모듈원전(SMR)과 그 필요성

• 3-1. SMR의 개념과 기술적 특징

• 소형모듈원전(SMR, Small Modular Reactor)은 전력 생산 능력이 300메가와트(㎿e) 이하인 원자로를 의미합니다. SMR의 주요 개념은 일반 대형 원전보다 플랜트의 규모가 작고, 모듈화된 설계로 이루어져 있다는 점입니다. 이는 SMR이 복잡한 부품들을 밀폐된 용기에 넣어 구성되게 만들며, 건설 및 운영의 유연성을 제공합니다. SMR의 일체형 설계는 방사성 물질 유출의 위험을 줄이며, 사고 발생 시 자연적인 냉각이 이루어지도록 설계되어 있습니다. 이러한 설계는 비상 냉각 장치나 비상 전원 없이도 줄어든 열이 외부로 안전하게 방출될 수 있게 합니다.

• 또한, SMR의 설치는 부지 요건이 유연하며, 바닷가가 아닌 지역이나 데이터센터 인근에 설치할 수 있으므로 다양한 장소에 적용 가능합니다. 이 기술은 원자로의 설계와 제작 과정에서 모듈화를 통해 표준화를 용이하게 하여 건설비와 시간을 대폭 절감할 수 있는 장점을 제공합니다.

• SMR은 특히 탄소 중립 시대에 필수적인 대체 에너지원으로 주목받고 있으며, 이로 인해 미국, 일본, 중국, 러시아 등에서 활발한 개발 경쟁이 이루어지고 있습니다. 각국은 SMR 기술을 통해 에너지 혁신을 이룩하고 있으며, 이는 글로벌 전력 시장에 큰 파장을 미칠 것으로 예상됩니다.

• 3-2. SMR의 시장 경쟁력

• SMR의 시장 경쟁력은 크게 두 가지 측면에서 평가됩니다. 첫 번째는 경제성입니다. SMR은 대형 원전에 비해 건설 비용이 5분의 1 수준으로 예측되어 있으며, 짧은 건설 시간 덕분에 빠르게 전력을 공급할 수 있습니다. 이로 인해 많은 기업들이 전력 수요를 충족하기 위한 긴급한 해결책으로 SMR에 주목하고 있습니다.

• 두 번째로, SMR은 환경적 측면에서도 매력적인 선택지입니다. SMR은 발전 과정에서 탄소를 배출하지 않고, 이는 기업이 탄소 중립 목표를 달성하는 데 기여할 수 있습니다. 현재 전 세계적으로 증가하는 전력 수요와 함께, 기업들이 AI와 데이터센터 운영에 소요되는 에너지를 감당하기 위한 필요성이 커지고 있습니다. 이러한 수요의 급증은 SMR과 같은 안정적이고 지속 가능한 전력원에 대한 수요를 더욱 촉발시키고 있습니다.

• 결과적으로, SMR은 기존의 귀중한 원자로 기술과의 차별화된 특징을 통해 빠르게 발전하는 시장에서 큰 잠재력을 지니고 있으며, 이는 앞으로의 거대 기업인 구글과 아마존 같은 IT 기업들이 SMR과 관련된 계약을 체결하고 투자하는 이유이기도 합니다. 최근에는 미국의 대규모 기업들이 SMR 관련 기업과의 계약을 체결하며 이 기술의 시장성을 더욱 강화하고 있습니다.

4. 신재생 에너지와 통합적 접근

• 4-1. 신재생 에너지 기술의 발전

• 신재생 에너지는 태양광, 풍력, 지열, 수력, 바이오매스 등 다양한 기술로 구성되어 있으며, 최근 이들 기술은 급격한 발전을 이루고 있습니다. 특히 태양광 발전은 기존의 장비 가격 하락과 효율성 증가로 인해 보편화되고 있으며, 풍력 발전 역시 대형 터빈이 아닌 소형 터빈의 설치가 증가하고 있습니다. 이러한 변화는 지역사회의 에너지 자립성을 높이는 데 기여하고 있습니다.

• 전 세계적으로 신재생 에너지를 통한 전력 생산 비율이 증가하면서, 국가들은 탄소 배출을 줄이기 위한 정책을 적극적으로 추진하고 있습니다. 예를 들어, 유럽연합(EU)은 2030년까지 전체 에너지 소비의 32%를 신재생 에너지로 충당할 계획을 세우고 있으며, 많은 국가가 이를 이행하기 위한 법적 토대를 마련하고 있습니다.

• 더불어, GIS(지리정보시스템), IoT(사물인터넷)와 같은 혁신적인 기술을 통해 신재생 에너지의 효율성을 더욱 높이고 있습니다. 이러한 기술들은 발전소의 운영 데이터를 실시간으로 수집하고 분석하여 최적의 에너지 공급 방안을 모색하고 있습니다.

• 4-2. SMR과의 시너지 효과

• 소형모듈원전(SMR)은 신재생 에너지와의 통합적 접근에서 매우 중요한 역할을 하게 됩니다. SMR의 구조적 특성은 대형 원전보다 설치 기간과 비용이 현저히 낮으며, 이는 신재생 에너지의 간헐성을 해결하는 데 크게 기여할 수 있습니다. 예를 들어, SMR은 신재생 에너지원의 출력 변동성을 보완하는 '기저 부하 전원'으로 작용할 수 있습니다.

• AI 개발 붐으로 전력 수요가 급증하는 현 시점에, SMR과 신재생 에너지를 함께 활용하면 지속 가능하고 안정적인 전력 공급이 가능해질 것입니다. 이에 따라 구글, 아마존 등 글로벌 기업은 SMR과 신재생 에너지를 융합하여 데이터센터의 전력 수요를 충족할 방안을 모색하고 있습니다.

• 최근 오픈AI가 SMR 스타트업인 오클로에 투자를 하며, SMR을 통해 전력 공급을 받을 것이라는 발표는 이러한 통합적인 접근의 한 예로 볼 수 있습니다. SMR과 신재생 에너지원의 통합은 기업들이 전력 저감과 탄소 감축 목표를 동시에 달성할 수 있도록 돕는 길이 될 것입니다.

5. 글로벌 기업들의 대응 사례

• 5-1. 구글과 아마존의 SMR 계약

• 최근 구글과 아마존이 소형모듈원전(SMR) 관련 기업과 대규모 계약을 체결한 것은 AI 시대에서 전력 수요가 어떻게 변화하고 있는지를 명확하게 보여줍니다. 구글은 최근 미국 소형원전 스타트업인 카이로스 파워와 전력 구매 계약을 체결하였으며, 이 계약에 따라 구글은 카이로스가 운용할 6~7개의 SMR에서 총 500메가와트(MW)의 전력을 구매할 예정입니다. 이 계약은 구글이 SMR 관련 기업과 처음으로 맺은 것이다 보니, 그 의미가 남다릅니다.

• 아마존 역시 이러한 흐름에 동참하여, 최근에 미국의 소형원전 개발 기업 세 곳과 투자 계약을 맺고 SMR 개발에 나섰습니다. 특히 아마존은 도미니언 에너지와 협력하여 기존 원전 근처에서 SMR 개발을 추진하고 있으며, 워싱턴주의 에너지 노스웨스트와는 SMR 4기 건설을 지원하는 계약을 체결하였습니다. 이러한 움직임은 AI 산업의 발전과 데이터센터의 전력 수요 증가에 대응하기 위한 기업들의 전략적 결정으로 볼 수 있습니다.

• 이처럼 구글과 아마존이 SMR에 주목하는 이유는 클라우드 컴퓨팅과 AI 인프라의 전력 소모가 급증하고 있기 때문입니다. 데이터센터의 운영에는 지속적인 전력이 필요하며, 데이터의 저장 및 처리, AI 학습에 대한 높은 전력 수요는 분명한 현실입니다. 따라서, 이들 기업은 SMR과 같은 원자력 기반의 클린 에너지를 통해 앞으로의 전력 수급에 대한 안정성을 확보할 계획으로 보입니다.

• 5-2. 한국 기업의 대응 전략

• 한국의 주요 기업들도 글로벌 시장에서 SMR의 필요성을 인식하고 이에 발맞춘 대응 전략을 개발하고 있습니다. 한국수력원자력은 최근 테라파워라는 외국 기업에 대한 투자를 통해 SMR 개발에 속도를 내고 있습니다. 테라파워는 마이크로소프트 창립자인 빌 게이츠가 설립한 기업으로, 국내 기업들 역시 SMR의 가능성을 높이 평가하고 적극적으로 투자를 이어가고 있습니다.

• 또한, 한국은 SMR 개발에 필요한 인프라와 기술을 갖추고 있으며, 정부 차원에서도 이러한 기업들을 지원하고 있습니다. 특히, 한국수력원자력은 SMR을 탑재한 원전 4기를 건설할 예정이다. 이는 탄소 중립을 목표로 하는 한국의 에너지 정책에도 부합하는 전략적 결정입니다. 이러한 투자로 SMR 시장에서의 경쟁력을 높이고, 세계적으로 영향력 있는 원자력 강국으로 자리매김할 수 있는 기회를 마련하고 있습니다.

• 마지막으로, 이러한 기술 개발과 투자는 향후 에너지 시장에서의 전력 공급 안정성을 확보하는 핵심 요소로 작용할 것입니다. 미국과 유럽의 기업들이 SMR에 대한 적극적인 투자를 이어가는 가운데, 한국 기업들의 발 빠른 대응은 시장에서의 경쟁력을 높이는 데 기여할 것으로 기대됩니다.

결론

• AI 시대가 도래함에 따라 전력 수요는 급속도로 증가하고 있으며, 이에 따른 전력 고갈 문제는 더욱 심각해지고 있습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 소형모듈원전(SMR)과 신재생 에너지는 필수적인 전력 공급의 선택지로 급부상하고 있습니다. SMR과 신재생 에너지의 융합은 안정적이고 지속 가능한 전력 공급을 가능하게 하여 에너지 안보를 강화하는 중요한 방안이 될 것입니다. 앞으로의 에너지 시장은 이러한 혁신적 접근에 따라 많은 변화를 맞이할 것입니다. 예를 들어, 구글과 아마존과 같은 대기업들이 SMR 관련 기업들과의 파트너십을 통해 전력 공급 구조를 재편하고, 에너지 효율성을 극대화하려는 노력은 이러한 변화를 더욱 가속화하고 있습니다. 이러한 기업들의 대응 전략은 에너지 문제 해결을 위한 새로운 비전을 제시하며, 다른 기업들도 이를 벤치마킹하여 적극적으로 대응할 수 있는 기회를 얻게 될 것입니다. 결론적으로, SMR과 신재생 에너지는 AI 시대의 전력 수요 증가라는 도전에 효과적으로 대응할 수 있는 길을 제시하고 있으며, 향후 에너지 정책 및 투자 방향성에 큰 영향을 미칠 것으로 기대됩니다. 향후 이 두 기술의 통합과 발전이 지속적인 에너지 공급과 탄소 중립 목표 달성에 기여할 수 있도록 체계적인 접근이 필요합니다.

용어집

• 소형모듈원전(SMR) [기술]: 전력 생산 능력이 300메가와트 이하인 모듈화된 원자로로, 작은 규모와 설치 용이성, 안전성을 특징으로 합니다.

• 신재생 에너지 [에너지]: 태양광, 풍력, 지열, 수력, 바이오매스 등 자연에서 지속적으로 공급되는 에너지원으로, 환경적 영향을 최소화하는 대안입니다.

• AI 개발 붐 [트렌드]: 인공지능 기술의 급속한 발전을 의미하며, 이로 인해 전력 수요가 크게 증가하는 현상을 나타냅니다.

• 전력 고갈 문제 [문제]: 전력 수요의 급증으로 인해 전력 공급이 지속적으로 부족해질 위험을 의미합니다.

• 기저 부하 전원 [전력 공급]: 전력 생산의 안정성을 위해 기본적으로 지속적으로 가동되는 전원을 의미하며, SMR이 신재생 에너지의 변동성을 보완할 수 있는 역할을 합니다.

• 데이터센터 [시설]: 서버 및 관련 장비가 집중되어 운영되는 시설로, AI 모델 학습과 데이터 처리에 막대한 전력을 소모합니다.

• 탄소 중립 [환경 목표]: 온실가스 배출을 최소화하고, 필요한 경우 배출된 양만큼 산림 등으로 상쇄하여 실질적으로 배출을 0으로 만드는 목표를 의미합니다.

• 모듈화 [기술]: 복잡한 시스템을 일관된 모듈로 구성하여 설계 및 건설을 용이하게 하는 접근 방법입니다.

• 지리정보시스템(GIS) [기술]: 지리적 데이터의 수집, 저장, 분석 및 표현을 위한 시스템으로, 에너지 관리에 활용됩니다.

• 사물인터넷(IoT) [기술]: 인터넷에 연결된 다양한 장치들이 정보를 수집하고 상호작용하는 기술로, 스마트 에너지 관리에 기여합니다.

출처 문서

• 엔비디아 시대 가고 SMR 시대 오나…‘뜨거운 감자’ 전력[딥앤이지테크] | 서울신문https://www.seoul.co.kr/news/plan/big-tech-analysis/2024/09/07/20240907500010
• 갑자기 구글·아마존도 찾고 한국 정부도 찾는 이것 [뉴스 쉽게보기]https://v.daum.net/v/20241027134201656
• 'AI 전력난'에 빅테크, 원자력·신재생에너지로 '해법' 모색https://www.metroseoul.co.kr/article/20240902500467