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기술동향

눈, 더이상 골칫거리가 아닌 보물? 눈을 활용한 홋카이도의 '화이트' 데이터센터

  • 등록일2022-06-14
  • 조회수414
  • 분류기술동향 > 기타 > 기타

눈, 더이상 골칫거리가 아닌 보물? 눈을 활용한 홋카이도의 '화이트' 데이터센터


◈목차

일본을 덮친 기록적 폭설, 제설 작업은 경제적·육체적 측면에서 큰 부담

홋카이도의 적설 한랭지인 비바이시에선 눈을 이용한 데이터센터 운용 시도

에너지 순환 모델의 성공사례: 홋카이도의 화이트 데이터센터

코로나19에 따른 디지털 전환 가속화로 데이터 처리량 급증, 데이터 센터의 역할 확대

데이터센터의 전력 소비는 향후 10년 내에 15배로 확대될 것으로 전망되는 가운데 '그린 데이터 센터'에 대한 관심 확대

시사점

 


◈본문

 

│일본의 에너지 순환 성공 모델, 홋카이도의 친환경 데이터센터 운용사례

│도시의 골칫거리였던 눈을 이용해 데이터센터 전력비용 절감


일본을 덮친 기록적 폭설, 제설 작업은 경제적·육체적 측면에서 큰 부담


예년 같으면 눈이 쌓일 정도의 적설량을 기록하는 일이 드문 도쿄지만, 남안 저기압(일본열도 남안을 따라 발달하며 동진하는 저기압)의 접근과 강한 한기의 남하가 겹치며 2022년 1월 도쿄 도심에 4년 만에 눈이 쌓였다. 일본 전체로 보면 겨울철에 폭설이 내리는 지역이 상당수 존재하는데, 그 중에 다테야마·구로베 알펜 루트나 스카유 온천 등 관광명소도 다수 포함된다. 흰 눈이 대지를 뒤덮으면 절경을 이뤄 인기 관광지가 되기도 하지만, 생활적인 측면에서는 제설 작업을 위한 노동력 투입과 경제적 비용이 늘기 때문에 지자체의 큰 부담으로 작용한다. 예를 들어 홋카이도 삿포로시의 2021년도 제설비 총액은 역대 최고인 303억 엔에 달했다. 2022년 2월 기록적인 대설에 따른 제설 비용 폭증으로 일부 지자체에서 재정운영에 지장이 있을 것을 우려한 일본 재무성은 특별교부세의 일부인 291억 2,500만 엔을 19개 광역지자체 232개 기초지단체에 교부하기로 결정했다. 저출산 고량화로 인구 감소가 진행되고 있는 지방의 경우, 제설비용 부담이 지방재정을 압박할 수준에 이른 것이다.


<관광자원으로 활용되는 눈(상단) 및 과도한 적설량에 따른 제설작업 현장(하단)>

<관광자원으로 활용되는 눈(상단) 및 과도한 적설량에 따른 제설작업 현장(하단)>

[자료: VISIT 도야마, 시라카와무라 관청, NEXCO 동일본, 에코칠 홋카이도]


홋카이도의 적설 한랭지인 비바이시에선 눈을 이용한 데이터센터 운용 시도


과거 일본의 에너지원 역할을 담당했던 홋카이도의 석탄 산지가 쌓인 눈을 이용한 새로운 데이터센터 도입으로 최근 주목받고 있다. 삿포로에서 북쪽으로 약 60km, 이시카리 평야의 중앙부 근처에 위치한 비바이시(美唄市)는 현재는 허니베리(댕댕이나무, 현지명: 하스카프)의 최고 산지로 알려진 농업 도시이지만, 과거에는 손꼽히는 탄광 도시로 번성했다. 비바이시는 홋카이도 내에서도 적설량이 많은 곳으로 유명한 데, 매년 적설로 인한 가옥 붕괴 사고가 끊이지 않을 정도다. 제설 공공비용 부담은 연간 약 5억 엔으로, 2만 명 규모의 인구를 감안하면 1인당 약 2만 5천 엔에 달한다. 고령화에 따른 인구 감소가 지속되는 가운데 연이은 가옥 제설 작업이 큰 부담으로 작용하면서 지역 주민들에게 눈은 골칫거리가 된 지 오래다.


비바이시와 이웃 도시를 포함해 형성된 <소라치 공업단지>에는 겨우내 시내에 내린 약 3,000톤에 달하는 눈이 옮겨져 5m 높이의 작은 동산이 만들어진다. 동산의 표면에는 단열재 역할을 담당하는 우드칩이 약 30cm의 두께로 뿌려져 눈을 여름까지 녹지 않고 보존 가능케 한다. 비바이시는 쌓인 눈을 활용해 데이터센터의 서버를 냉각하는 실증실험을 2010년 세계 최초로 실시했다. 원래라면 버려졌을 눈을 대량의 열을 방출하는 데이터센터 서버 냉각에 활용하는 이 프로젝트는 현재 실용화 단계에 접어들었다. 홋카이도시는 예로부터 '설실(雪室)'이라고 불리는 눈을 활용한 냉온 저장고를 만들어 활용해왔으며, 그 밖에도 저온창고, 눈 냉방 맨션 등 눈 냉방 시스템 실적이 다수 존재한다.


<화이트 데이터센터의 외관(좌측 상단), 내관(우측 상단), 우드칩으로 덮은 설산(좌측 하단), 식량생산 비닐 하우스(우측 하단)>

 <화이트 데이터센터의 외관(좌측 상단), 내관(우측 상단), 우드칩으로 덮은 설산(좌측 하단), 식량생산 비닐 하우스(우측 하단)>

[자료: 화이트 데이터센터]


에너지 순환 모델의 성공사례: 홋카이도의 화이트 데이터센터


2021년 홋카이도 비바이시에 눈을 활용해 이산화탄소 배출 제로 실현을 목표로 하는 친환경 데이터센터 <화이트 데이터센터>가 설립됐다. 데이터센터는 안전성 관점에서 통상적으로 내부 온도가 35℃ 이하로 유지되어야 하나, 여름철에는 최대 60℃ 이상까지 상승하는 경우도 있다. 24시간 365일 가동되는 데이터센터의 서버를 냉각시키기 위해서는 막대한 전력 비용이 소요된다. 데이터센터 서버를 냉각시키는 데 눈을 활용한다면, 냉방 비용을 도쿄에서 운용할 때와 비교해 약 80% 절감된 약 3억 엔 수준으로 억제할 수 있는 것으로 추정된다. (2,300개 랙 규모의 서버 기준) 실제로 화이트 데이터센터의 전력사용효율(PUE)*는 여름철에도 1.04 정도로 세계 최고 수준이다.


*PUE(Power Usage Effectiveness): 데이터센터의 전력사용효율을 나타내는 지표로, 산출공식은 PUE = (데이터센터 전체 전력 사용량) / (서버 전력 사용량)이다. 예를 들어 PUE가 1.0이라면 서버 가동 이외 목적으로는 전력을 사용하고 있지 않다는 의미다. 일반적인 데이터 센터의 경우에는, 냉각 목적의 전력이 서버 가동 목적의 전력과 비슷한 수준으로 요구되기 때문에 PUE는 1.5~2.0 정도다.


눈을 활용해 서버를 냉각시키고 데이터센터의 폐열을 농수산업 등 기타 산업에 활용하고자 하는 '화이트 데이터센터' 구상은 약 10년 전부터 제창된 것으로, 2014년 이후 5년간 NEDO(신생 에너지 산업기술 종합개발기구)의 연구비 지원으로 실증실험이 진행되어 왔다. 실증실험의 주목적은 눈으로 냉각시킨 부동액을 순환시켜 데이터센터 실내 온도를 28℃로 유지하는 것이다. 제설 작업을 통해 모인 눈에는 염분을 포함하는 융설제가 섞여있으므로 부동액이 지나가는 파이프를 부식되기 쉬운 금속관에서 수지 성분의 관으로 변경하는 등의 세심한 대응이 요구된다.


한편 화이트 데이터센터에서는 데이터센터의 폐열을 활용한 농산물 재배나 해산물 양식 등 다양한 시도가 동시에 이루어지고 있다. 현재 시설 내에 비닐하우스를 설치해 흰 목이버섯, 토마토, 양상추, 소송채 등의 농산물을 재배하고 있으며, 전복 육상양식도 진행 중이다. 최근 양식장 온도를 따뜻하게 조성해 주로 난류에 서식하는 장어 양식도 시도 중이다. 2022년 올해 여름부터 본격적인 양식에 들어가 연간 약 30만 마리 양식을 목표로 하고 있다. '겨울에는 배열을 이용해 온도를 높이고, 여름에는 눈 재생 에너지를 이용해 온도를 낮춘다'는 에너지 순환 모델의 성공사례로서 화이트 데이터센터에 세간의 이목이 집중되고 있다.


<화이트 데이터센터의 에너지효율>

<화이트 데이터센터의 에너지효율>

 PUE Power Usage Effectiveness의 약자. 산출공식은 PUE = 데이터센터 전체 전력 사용량 / 서버 전력 사용량.

[자료: 화이트 데이터센터]



코로나19에 따른 디지털 전환 가속화로 데이터 처리량 급증, 데이터 센터의 역할 확대


5G, AI, 빅데이터 활용 확대, 자율주행, 원격의료, 공장 IoT화 등 전 세계적으로 디지털화 수요가 급증하며 데이터 처리량은 하루가 다르게 증가하고 있다. 이에 최근 코로나 사태로 자택에서의 PC 이용시간이 크게 늘면서 데이터 소비량과 처리량이 기하급수적으로 늘어나고 있다. 일본 경제산업성의 조사에 따르면, 향후 10년 내에 사람들의 데이터 소비량은 현재의 30배 이상 수준으로 급증할 것으로 전망된다. 예를 들어 향후 자율주행이 본격적으로 보급되면 차량 1대 당 하루 1,000편 분량(1,000GB)의 데이터가 수집되고, 그 데이터 처리에 수십만 대의 PC가 필요하게 될 것이라고 경제산업성은 지적하고 있다. 데이터는 '21세기의 석유'라고 불릴 정도로 중요한 자원으로 인식되고 있는 만큼, 데이터센터의 중요성에 사람들의 이목이 집중되는 것은 당연한 일이다.


현재 데이터 센터 운영에 있어서 압도적인 존재감을 과시하고 있는 나라는 단연 중국이다. 데이터센터의 면적 기준으로 비교했을 때 중국이 172.9만 제곱미터로 압도적 1위를 차지하고 있으며, 2위 일본(42.3만 제곱미터), 3위 싱가포르(41.7만 제곱미터)와의 격차는 갈수록 확대되어 가는 양상이다. 그러나 최근 데이터센터나 서버가 해외에 있는 경우에 현지의 법적 규제를 받거나 치안 정세에 따라 안전성에 영향을 받는 등 국가 리스크에 대한 경각심이 높아지며, 데이터 센터 소재지를 자국 내로 이전시키려는 움직임이 늘고 있다.


<아시아 태평양 지역의 주요 클라우드 데이터 센터 입지 상황(2021년 예측)>

<아시아 태평양 지역의 주요 클라우드 데이터 센터 입지 상황(2021년 예측)>

[자료: 일본 경제산업성]


...................(계속)


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