4개의 그래프로 이해하는 AI와 에너지 수요의 현주소

AI의 급속한 발전과 함께 에너지 과잉 수요에 대한 우려도 커지고 있지만, 양자 간의 구체적인 연관성과 그 의미를 정확히 이해하는 이는 많지 않다. 최근 발표된 국제에너지기구 보고서를 바탕으로 AI와 전력 수요의 흐름을 네 가지 그래프로 간결하게 정리해 봤다.

우리는 거의 하루도 빠짐없이 인공지능(AI)이나 에너지 관련 소식을 접한다. 그러나 이러한 소식의 구체적인 의미를 정확히 이해하는 사람은 그리 많지 않다.

AI가 전력 수요를 증가시킬 것이라는 내용의 기사를 한 번쯤은 읽어본 적이 있을 것이다. 그러나 이러한 추세가 현재와 미래의 전력망에 어떤 영향을 미칠지는 언론 기사만으로 분명하게 체감하기 어렵다. 이는 에너지 분야에 종사하는 전문가에게도 마찬가지다.

최근 국제에너지기구(IEA)가 발표한 보고서는 에너지와 AI의 관계를 심층적으로 분석하고 있다. 필자는 이와 관련한 이해를 돕기 위해 보고서에 담긴 몇 가지 데이터를 살펴볼 만한 가치가 있다고 판단했다. 이에 본 기사에서는 AI와 에너지 수요의 핵심 내용을 요약한 네 가지 그래프를 소개하고자 한다.

1. AI는 막대한 양의 전력을 소비하며 전 세계는 전력 수요를 충족하기 위해 전력 공급을 늘려야 한다.

가장 자명한 사실이지만 한 번 더 강조할 필요가 있다. AI는 폭발적으로 성장하고 있으며, 이로 인해 데이터 센터의 전력 수요가 급증할 것으로 전망된다. IEA 보고서의 개요 부문에서는 이를 “AI가 학문적 탐구의 대상에서 수조 달러 규모의 산업으로 변모했다”고 표현하고 있다.

2020년 데이터 센터에서 소비된 전력량은 300테라와트시에도 미치지 못했다. 하지만 이 수치는 앞으로 5년 후에 약 1,000테라와트시까지 증가할 수 있으며, 이는 현재 일본 전체의 전력 소비량을 웃도는 수준이다.

현재 미국은 전 세계 데이터 센터 용량의 약 45%를 차지하고 있으며, 중국이 그 뒤를 잇고 있다. 이 두 국가는 2035년까지도 전 세계 데이터 센터 용량의 대부분을 차지할 것으로 예상된다.

2. 단기적으로는 석탄이나 천연가스 같은 화석 연료가 데이터 센터에 필요한 전력의 주요 공급원 역할을 할 것이다. 하지만 특히 2030년 이후에는 원자력과 재생에너지의 영향력이 커질 수 있다.

IEA 보고서는 데이터 센터 전력을 재생에너지로 충당할 수 있는 가능성에 대해 비교적 낙관적인 전망을 내놓고 있다. 보고서에 따르면 2035년까지 전 세계 전력 수요 증가분의 절반가량이 풍력과 태양광 같은 재생에너지를 통해 충족될 것으로 예상된다(IEA는 유럽의 경우 새로운 전력 수요의 85%가 재생에너지로 충당될 것으로 예측한다).

다만 단기적으로는 천연가스와 석탄의 사용도 늘어날 것으로 보인다. IEA에 따르면 미국을 중심으로 향후 10년간 전력 수요 충족을 위해 천연가스를 통한 전력 공급량이 175테라와트시 증가할 전망이다. 한편 에너지 컨설팅 기업 블룸버그NEF(BloombergNEF)가 최근 발표한 또 다른 보고서는 화석 연료의 역할이 IEA의 예측보다 훨씬 클 것이며, 2035년까지 추가 전력 생산의 약 3분의 2가 화석 연료에 의존할 것이라고 분석했다.

IEA 데이터에 따르면 막대한 탄소 배출 없이 전력을 공급받고자 하는 대기업들이 선호하는 원자력 에너지는 2030년 이후부터 점차 그 비중이 커질 것으로 전망됐다.

3. 향후 10년간 예상되는 전력 수요 증가에서 데이터 센터가 차지하는 비중은 일부에 불과하다.

에너지 관련 논의에서 우리는 가전제품, 산업 및 전기차가 미치는 영향을 과소평가하는 경우가 많다. 전력 수요는 다양한 분야에서 전반적으로 증가하고 있으며, 특히 전기차, 에어컨, 가전제품은 2030년까지 데이터 센터보다 훨씬 더 큰 폭으로 전력 수요를 끌어올릴 전망이다. 종합적으로 보면, 2030년까지 증가할 전체 전력 수요 중 데이터 센터가 차지하는 비중은 8%를 약간 상회하는 수준에 불과하다.

흥미롭게도 이러한 양상은 지역별로 다르게 나타난다. 신흥국에서는 데이터 센터보다 에어컨 등 일상과 관련된 전력 수요가 더 큰 비중을 차지할 것으로 보인다. 반면, 미국은 소비자와 산업 부문의 전력 수요가 수년간 정체된 상태이기 때문에 고성능 컴퓨팅(HPC)과 같은 신흥 분야에서의 수요가 상대적으로 더 큰 영향을 미칠 것으로 예상된다.

4. 데이터 센터는 대부분 인구 밀집 지역과 가까운 곳에 밀집되어 있어 전력망에 특별한 부담 요인으로 작용한다.

전력망은 시멘트 공장, 알루미늄 제련소, 석탄 광산처럼 한 지역에서 막대한 전력을 소비하는 시설에 오래전부터 전력을 공급해 왔다. 하지만 데이터 센터는 이러한 시설과는 다른 방식으로 전력망에 부담을 주고 있다.

첫째, 데이터 센터는 서로 밀집된 경향이 있다. 전 세계적으로 데이터 센터는 전체 전력 수요의 약 1.5%를 차지하지만, 이 수치는 아일랜드에서는 20%, 미국 버지니아주에서는 무려 25%에 달한다. 앞으로도 이러한 집중 경향은 앞으로도 이어질 전망이다. 현재 미국 내에서 건설 중인 데이터 센터의 절반은 기존의 밀집 지역 내에 위치하고 있다.

또한 데이터 센터는 공장이나 광산 같은 에너지 집약적 시설보다 도심에 가까이 위치하는 경우가 많다.

이처럼 데이터 센터는 서로 인접해 있을 뿐 아니라 인구 밀집 지역과도 가까워, 인근 지역에서 화석연료 기반 발전이 증가하거나 지역 전력망에 과부하가 걸리는 등 해당 지역의 전력망에 큰 영향을 미칠 수 있다.

전반적으로 AI와 데이터 센터는 전력 수요를 높이는 주요 요인이 될 것이다. 이는 에너지 문제의 단면일 뿐이지만, 주목할 만한 중요한 요소임은 분명하다.

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