SOFC로 전력 공급·발열 재활용하는
데이터센터 통합 에너지 시스템
에너지 48%·온실가스 72% 낮춰
인공지능(AI) 데이터센터 구축 운용 때 전력 공급과 냉각, 탄소 포집을 함께 고려하면 사용 에너지와 비용은 물론 온실가스 배출량까지 크게 줄일 수 있다는 연구 결과가 나왔다.
임한권 UNIST 탄소중립대학원 교수팀은 AI 데이터센터에 연료전지로 전기를 공급하고 연료전지와 서버에서 나오는 열을 이산화탄소 포집과 전기 생산에 재활용하면 기존 대비 에너지 비용 약 48%, 온실가스 배출량은 최대 72%까지 줄일 수 있다는 분석 결과를 15일 발표했다.
임 교수팀은 데이터센터 적용 통합 에너지 시스템을 설계하고 이 시스템을 토대로 경제성, 온실가스 배출량을 분석해 이 같은 결론을 도출했다. 통합 에너지 시스템은 천연가스로 전기를 만드는 고체산화물연료전지(SOFC)를 센터 전력원으로 쓰고 발전과 냉각 과정에서 나오는 열을 재활용한다.
이 시스템은 SOFC가 방출하는 열을 이산화탄소 포집에 활용한다. SOFC가 발전 효율은 높지만, 이산화탄소와 고온의 열을 배출하는 것을 이용했다. 배출된 이산화탄소를 특수 액체로 포집하고, 연료전지에서 나온 열로 이 액체를 가열해 이산화탄소를 분리하는 것이 시스템의 핵심이다.
센터 서버에서 나오는 열도 전기 생산에 활용한다. 서버를 식힌 냉각수의 열로 증기를 만들고, 이 증기로 터빈을 돌려 전기를 만드는 유기 랭킨 사이클(ORC) 방식이다.
이 시스템을 GPU 2만개 규모 데이터센터에 적용했다고 가정한 후 우리나라와 미국, 유럽연합(EU)의 에너지 가격과 전력 생산 구조를 반영해 분석한 결과, 우리나라와 미국, EU 모두에서 경제성과 환경성이 우수한 것으로 나타났다.
연 냉각 비용은 최대 1900만 달러 줄고, 줄어 든 냉각비로 인해 온실가스 배출량도 연 8만~15만 톤 줄었다. EU 배출권거래제를 적용하면 연 500만~1000만 달러 규모다.
하지만 전력 공급 방식에 따라 지역별 효용성에 차이를 보였다. 천연가스가 저렴한 미국은 SOFC가 경제적이지만 비싼 우리나라는 비용을 우선할 경우 기존 전력원이 유리했다.
임한권 교수는 “급증하는 AI 데이터센터의 전력 공급과 냉각에 드는 에너지, 탄소 배출을 함께 고려해야 할 시점”이라며 “데이터센터 에너지 사용과 탄소 배출을 동시에 줄이는 시스템 개발과 ESG 전략 수립에 도움이 될 것”이라고 말했다.
울산=임동식기자 dslim@etnews.com
