Strategic Industries Surging: Driving US Power Demand

2년 만에 5배 폭증한 미국 전력수요...주범은 AI 데이터센터

GridStrategies가 발표한 보고서에 따르면, 최근 2년간 5년 전력수요 성장 전망이 23GW에서 128GW로 5배 가까이 증가했다. 공식 전국 전력수요 예측은 2.8%에서 8.2% 성장으로 상향되어 2029년까지 66GW 증가할 것으로 전망된다. 여기에 예비 업데이트를 포함하면 61GW가 추가되어 전국 전력수요는 2029년까지 15.8% 증가할 것으로 예상된다. 2024년 FERC 예측 피크 수요는 947GW에 달한다.

주요 성장 동력은 데이터센터와 제조업 투자다. 데이터센터 성장 전망은 업계 분석가들의 65GW에서 전력회사들의 90GW 이상까지 다양하며, 제조업 수요는 20GW, 기타 전력화 부문이 20GW 증가할 것으로 예상된다.

AI가 데이터센터 전력소비 싹쓸이한다...2030년 40% 차지할 것

현재 데이터센터 전력수요의 10-20%를 차지하는 AI가 향후 신규 데이터센터 전력수요의 70%를 차지할 전망이다. 맥킨지에 따르면 AI 전력수요는 2030년까지 전체 데이터센터 수요의 40%까지 증가할 것으로 예측된다. 바클레이스는 AI가 2028년까지 3.3조 달러 규모의 칩 투자를 견인할 것으로 전망했으며, "수요가 공급을 지속적으로 초과할 것"이라고 예측했다. 한편 일부 전문가들은 2027년 말까지 비트코인 채굴 전력용량의 20%가 AI용으로 전환될 것으로 예측하고 있으나, 다른 전문가들은 이러한 전환이 비용 측면에서 금지적일 것이라고 보고 있다.

AI 데이터센터는 전기 먹는 하마...효율화로도 막을 수 없다

AI 데이터센터는 일반 데이터센터보다 단위 면적당 전력소비가 더 높다. 이는 AI에 필요한 그래픽 처리장치(GPU) 때문이다. 바클레이스는 전력사용효율(PUE) 1.2를 가정해 2027년까지 AI 데이터센터 부하가 10GW 증가할 것으로 전망했다. 그러나 업타임 인스티튜트에 따르면 산업 평균 PUE는 1.5 이상이며 2020년 이후 개선되지 않고 있다. 주목할 만한 점은 PUE 지표가 IT 시스템 자체의 효율성 개선은 반영하지 않고 전체 데이터센터 시설의 효율성만을 측정한다는 것이다. 에너지 효율 개선은 오히려 더 많은 컴퓨팅 수요를 유발할 수 있어, 전력수요 감소로 이어지지 않을 수 있다.

AI 데이터센터가 몰려온다...텍사스·버지니아 전력망 '비상’

15개 주가 2023년 데이터센터 부하의 80%를 차지했다. 향후 데이터센터 부하 증가는 텍사스 댈러스, PJM의 북버지니아와 펜실베이니아, 그리고 조지아 애틀랜타 지역을 중심으로 집중될 전망이다. 이런 집중화에 대응하기 위해 NERC는 대규모 부하 태스크포스를 설립하여 데이터센터 관련 위험을 관리하고 있다.

대규모 데이터센터의 갑작스러운 부하 변동은 심각한 전력망 신뢰성 위험을 초래할 수 있다. ERCOT는 이미 최대 400MW의 급격한 부하 감소를 경험했다. 현재는 관리 가능한 수준이지만, 일부 계획된 1GW 이상 규모의 데이터센터들과 개별 시스템의 50GW 이상 총수요 전망은 심각한 신뢰성 문제를 야기할 수 있다.

미국의 AI 패권 지키기, 전력망이 발목 잡나

대규모 송전은 부하 증가에 대응하는 가장 저비용 방안이지만, 2023년 고압 송전선(345kV 이상) 건설은 55마일에 불과했다. 그러나 2024년에는 500억 달러 이상의 송전 확장 투자가 승인되었다. MISO는 21.8억 달러 규모의 장거리 송전계획 승인을 앞두고 있으며, 텍사스는 130억 달러의 송전투자를 승인했다. SPP는 70억 달러, CAISO는 60억 달러, BPA는 30억 달러 규모의 송전투자를 발표했다.

NERC의 2024년 11월 지역간 송전용량 연구는 35GW의 신중한 지역간 송전 확충이 필요하다고 지적했다. 지역간 송전은 GW당 3억 달러 미만의 비용으로 전력 공급 신뢰성을 확보할 수 있다. 반면 신규 발전소는 건설에 4년 이상, 송전선은 그 이상이 소요되어 전략산업 발전과 인프라 구축 사이에 시간차가 존재한다.

90년대 닷컴버블처럼? AI 전력수요 예측 '과대 포장' 논란

최근 월스트리트저널은 "1990년대 인터넷 붐이 전력 발전 거품을 촉발했던 것처럼, AI도 같은 일이 일어날 수 있는가?"라는 의문을 제기했다. 우드매킨지의 분석에 따르면 전력회사들이 발표한 데이터센터 수요 93GW는 과대평가됐을 수 있으며, 보다 현실적인 5년 AI 구축 전망치는 23GW다.

전력회사들은 이러한 불확실성에 대응하여 계약 조건을 강화하고 있다. 발전·송전 확충 비용의 "공정한 분담"을 요구하고 있으며, 일부는 최소 사용량 보장과 장기 계약을 의무화하고 있다. 그러나 여전히 과소투자와 과잉투자 모두 경제적·에너지 신뢰성 위험을 초래할 수 있다는 우려가 존재한다.

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기사는 클로드 3.5 Sonnet과 챗GPT-4o를 활용해 작성되었습니다.