[공학저널 김하늬 기자] 데이터센터는 정보통신서비스 제공에 필요한 ICT장비, 전력설비, 공조시스템 등 장비를 연중 무 중단으로 운영하는 에너지 다소비 시설이다.
최근 디지털미디어, 정보통신 서비스 산업, 빅데이터‧AI 산업의 급성장에 따라 데이터센터 산업은 연평균 10.7% 가량 성장하고 있다. 이에 따라 데이터센터 ICT 장비의 고집적화·수요는 더욱 증가하는 추세다. 이러한 장비의 열안정성 확보를 목표로 데이터센터 냉방을 위한 공기조화시스템과 솔루션 수요가 급증하고 있으며, 데이터센터 공기조화시스템 산업은 최근 3년간 평균 15.6%의 성장세를 나타내고 있다.
특히 국가정보화 시행령의 데이터센터 에너지 효율성 향상과 그린데이터센터 인증제도 등에 관한 법령에서 데이터센터의 에너지 소비량 규제가 적용되면서 관련 산업은 더욱 성장할 전망이다.
이렇듯 급증하는 데이터센터의 에너지 절감 요구와 규제 대응을 위해서는 데이터센터 에너지 소비의 약 50%를 점유하고 있는 냉방 공기조화시스템의 고효율화 기술‧시스템이 필요한 상황이다.
최근에는 신재생에너지로 주목받고 있는 수열에너지를 통해 이를 해결하려는 노력이 이어지고 있다.
한밭대학교 기계공학과 최종민 교수(사진)가 연구를 진행하고 있는 ‘댐 심층수 열원 활용 프리쿨링형 공기조화시스템 개발 및 운영 최적화’ 과제가 바로 그것이다. 국내 최초로 댐 심층수 수열에너지를 활용한 데이터센터 공기조화시스템의 구성 및 최적설계와 운전효율 향상, 에너지소모량 저감 방안을 개발하고 이를 실증하는 것이 골자다.
현재 소양강에 댐 심층수 열원을 활용한 프리쿨링형 냉각설비 구축과 실증을 진행 중이며, 연중 전력효율지수 1.2를 달성, 기존 공기열원시스템 대비 연중 전력사용량 30% 이상 절감할 수 있는 것으로 확인됐다.
최 교수는 “신·재생에너지로 편입된 수열에너지의 보급 확대는 과거와 달리 타 청정에너지의 보급 감소를 의미하지 않는다”며 “따라서 수열에너지의 현재 기술 수준을 유지하는 것이 아니라 지속적인 기술력과 신뢰성 확보, 신규 시스템 개발을 위한 노력이 경주되어야 할 것”이라고 강조했다.
이러한 연구를 바탕으로 최 교수는 재생열에너지로서 큰 장점을 갖고 있는 수열에너지의 건축물의 냉난방 분야 보급 확대의 중요성을 강조하기도 했다.
국가 최종에너지 소비 기준으로 열부문은 50%, 수송 30%, 전력 20%로 열부분의 비중이 매우 높다. 하지만 열 부문의 국내 재생에너지 보급 비중은 약 3.03%로 매우 미약한 수준으로 나타나고 있으며 탄소중립 목표 달성을 위해 청정에너지인 신·재생에너지 보급 확대 방안 마련이 지속적으로 요구되고 있다.
이와 함께 건물부문에서의 탄소 중립 목표 달성을 위해 냉난방을 포함한 열부문의 탈탄소화와 가격 경쟁력이 확보된 재생열에너지 공급확대 또한 절실히 요구되고 있는 상황이다.
에너지 선진국인 유럽에서는 건물의 냉난방 분야에서 수열에너지와 같은 재생에너지 보급 확대 정책을 통해 2020년 재생에너지 비중이 20% 이상으로 2002년 기준 2배 이상의 온실가스배출량 저감에 상당한 효과를 거두었다.
수열에너지는 기존의 냉난방 시스템 대비 난방 시 55%, 냉방 시 18~45%의 에너지 절감이 가능해 온실가스배출량 저감효과가 큰 것은 물론 계절 등에 따른 변동성과 계통 연계 비용 등이 없어 태양광, 풍력, 지열 대비 생산단가가 저렴하기 때문에 국민에게 저렴한 열에너지 공급이 가능한 시스템이라는 것이 최 교수의 설명이다.
최 교수는 “수열에너지는 도심지 등의 열에너지 밀도가 높은 지역에도 대용량 공급이 가능해 도시 열섬효과 방지에도 크게 기여할 수 있는 시스템”이라며 “하천수를 포함한 수열에너지는 2019년 10월부터 신·재생에너지로 편입되어 공공 부문의 본격적인 보급 체제를 갖추었고, 제로에너지빌딩의 의무화 대상이 2025년부터는 민간부문까지 확대될 예정으로 이에 따라 수열에너지의 보급 확대가 크게 진행될 것으로 예상된다”고 말했다.
국내에서도 최근 수열에너지 보급에 관한 제도 수립에 따라 수열에너지 설비 초기 시장이 구축되고 있는 상황이다.
현재 수열에너지 설비는 열원측을 제외하고는 2000년 초반부터 정부지원 하에 설계·보급 체계가 구축된 지열에너지 설비와 유사한 시스템으로, 건축물의 냉난방 설비로의 보급이 가능한 수준의 기술은 구비된 상태다.
하지만 수열에너지는 기계, 토목, 건축, 환경, 제어의 여러 기술의 종합 인테그레이션 엔지니어링 분야로 단순 설계·시공기술뿐만 아니라 최적 설계·운영에 관한 기술적 노하우 축적이 필요하다는 것이 전문가들의 의견이다.
최 교수는 “건축물의 용량 및 다용도화에 따른 부하 특성을 반영한 기술력 향상을 통해 온실가스 저감 효과, 운영비 저감 효과 극대화가 필요하다”며 “BEMS(Building Energy Management System), HEMS(Home Energy Management System)와 연계된 스마트에너지 관리 체계와의 통합 연계 시스템 개발을 통한 냉난방에너지 원단위 개선 기술 개발이 요구되고 있다”고 설명했다.
그는 이어 “수열에너지 시스템의 우수성 홍보와 탄소 중립 기여도에 대한 평가 및 이와 관련한 제도·정책의 추가 도입·개선에 대한 지속적인 노력이 필요하다”고 덧붙였다.
지난 2010년부터 다양한 형태의 수열에너지를 활용한 열공급시스템의 성능과 기술 적용성·효과와 보급 잠재량 등에 대해 한국수자원공사와 지자체를 비롯한 여러 기관의 자문 및 기술위원으로 활동해온 최 교수는 현재 수열에너지 설비의 설계‧시공 등에 타 설비의 기술을 준용하고 있으며, 수열에너지 설비 특성에 적합한 설계‧시공과 유지 관리 운영 기준(안) 마련과 관련 법령, 제도의 체계화에 노력을 기울이고 있다.
최 교수는 “보다 안정적이고 우수한 수열에너지 시스템 기술 개발과 효율적 보급확대 정책 수립에 기여해 국가 탄소 중립 목표 달성과 국민 복지 향상에 미약하나마 도움이 되기 위해 최선을 다해 나갈 것”이라며 “이제 보급이 시작된 수열에너지에 대한 많은 유관 기관, 기업들의 참여와 정부의 지원으로 보급이 지속적으로 확대되고 국가 탄소 중립 목표가 조기에 달성될 수 있기를 기대한다”고 전했다.
