2018년 1월 10일, 미국 라스베이거스 CES(Consumer Electronics Show) 행사장에 정전이 일어났다. CES는 참가기업 4000개, 참가인원 20만 명인 세계 최대규모 가전쇼다. 2014년 미래형 커넥티드카, 2018년 스마트시티 등 CES의 키워드는 세계 전자산업의 흐름을 선제적으로 이끌었다. 바로 그곳에서 있어서는 안 될 정전이 발생한 것이다. 주최측은 “폭우로 인한 전압기 섬락현상 때문”이라고 발표했다. 그러나 많은 전문가들은 수많은 디지털 기기의 사용을 전제로 하는 4차 산업혁명 시대에 전력이 큰 문제가 될 수 있다는 상징적 시그널로 받아들였다.

흔히 사람들은 기술의 변화가 사회정치적 변화를 가져온다고 말한다. 그리고 그 기술 변화가 기존의 체제를 뒤집을 정도의 파급력을 가져올 때 ‘혁명’이라는 단어를 붙인다. 모든 기술과 그에 기반한 기기는 에너지를 필요로 한다. 모든 산업혁명의 핵심적 특징은 연결망의 확장과 에너지의 급격한 소비라고 할 수 있다. 예컨대 1차 산업혁명을 일으킨 증기기관은 ‘거리’와 ‘시간’을 단축시켰다. 그 단축된 시간과 공간을 타고 수많은 사람과 물자가 오고 갈 수 있게 되었다. 증기기관이 수송과 이동을 더 빨리, 더 멀리, 더 많이 할 수 있도록 만들면서 에너지 소비도 급격히 늘어났다. 이는 2차 산업혁명 때도 마찬가지였다. 각 단계의 산업혁명에서 에너지원과 소비형태만 바뀌었을 뿐 소비 그 자체는 언제나 급격한 증가를 기록했다. 2차 산업혁명의 경우, 석탄이 석유에게 주요 에너지원의 자리를 내주었을 뿐이다.

그렇다면 제4차 산업혁명을 목도하고 있는 지금, 석유의 자리를 대체할 에너지원 혹은 에너지 소비형태는 무엇일까? CES 가전쇼 정전사태에 그 답이 있다. 바로 전력이다. 4차 산업혁명의 기본 특징인 연결(connectivity), 구동 요소인 인공지능(Artificial Intelligence), IoT(Internet of Things), 자율주행(Autonomous Driving)의 동력은 결국 전력이다. 전력은 2차 에너지원이지만 4차 산업혁명 시대의 에너지 소비형태가 결국 전력이 될 것이라는 데 이견을 다는 전문가는 없다. 석유 소비의 50% 이상이 내연기관 자동차에서 나왔음을 감안하면, 전기자동차의 등장만으로도 에너지 소비형태를 전력으로 급변시킬 것이라 쉽게 생각할 수 있다.

새로운 기술은 얼마나 많은 전력 소비를 가져올까? 이는 아직도 답하기 어려운 질문이다. 새로운 스마트기기가 보급되어 전력수요가 폭발적으로 증가한다고 말하는 전문가가 있는 반면 에너지 관련 신기술과 전력 공급/수요의 효율화로 현재보다 전력수요가 오히려 줄어들 것이라고 주장하는 전문가도 있기 때문이다. 문제는 양측 모두 결정적인 증거나 계산을 내놓은 적이 없다는 점이다. 하지만 양측 모두 인정하는 사실은 향후 전 세계 인터넷 보급은 계속 증가할 것이며 이에 기반한 수많은 종류의 스마트기기가 등장할 것이라는 점이다. 즉 공급/수요의 효율화가 어떻게 진행될지 모른다고 할지라도, 인터넷 보급과 스마트기기로 인한 전력 소비증가 그 자체는 엄연한 상수처럼 보인다. 그렇다면 과거 전력 소비의 증가량과 증가율에 기반하여, 향후 전력 소비를 인터넷 보급과 스마트기기의 증가라는 측면에서만이라도 계산할 수 있을까?

여시재는 <한양대 에너지거버넌스센터>와 공동으로 미래 전력수요와 공급에 관한 연구를 진행해왔다. 그 첫 번째 보고서를 공개한다.

미국 가정용 IT전력소비, 8년 동안 6배로 증가

<센터>는 미국을 대상으로 연구를 진행했다. 먼저 미국에서 IT기기의 사용량과 인터넷보급률이 급격하게 늘어났던 1995~2005년의 가정용(residential) 및 상업용(commercial) 전력증가량을 조사하는 일에서부터 시작했다. 이는 해당 기간이 미국의 전력수요 증가분에서 디지털의 영향이 뚜렷하게 나타났던 시기이기 때문이다. 또한 4차 산업혁명으로 향후 2040년까지 전 세계의 인터넷 보급과 IT기기의 수요가 지속적으로 증가하고, 세계적으로 최소한 가정용 및 상업용 전기소비에서 미국과 유사한 전력 소비 양상을 보인다고 가정을 한 뒤, 1995~2005년 미국 전력 소비 연평균증가율(CAGR)을 EIA의 세계 전력 소비 예측치에 대입시켜보았다. 그 결과 연평균증가율 4%를 적용한다면, 2040년경 예상전력량은 기존 EIA(국제에너지기구) 추정치 33,985TWh에서 44,292TWh로 올라갔다. 30.3% 증가다.

먼저 가구용의 경우 가구당 IT 기기 전력 소비는 2005년 125KWh에서 2013년에 800KWh로 6배 늘었다. 2000년부터 2010까지 10년 동안 PC는 5450만대에서 1억대로, 셋톱박스는 4900만대에서 8700만대로, 노트북은 1600만대에서 1억3000만대로, 게임기는 5400만대에서 1억1000만대로 늘었다. 이 IT기기들이 전력 소비 증가를 이끌었다. 앞으로 이와 비슷한 추세로 IoT 등 디지털 디바이스가 늘 경우 전력수요가 크게 증가할 수밖에 없다. 미국에선 전력소비의 효율성 증대, 공장의 해외 이전 등으로 전력소비를 상쇄했다. 그렇게 하지 못했다면 전력난이 이미 수면 위로 떠올랐을 것이다.

스마트시티와 데이터센터가 전력소비의 핵심

상업용 전력 소비 증가의 핵심은 빅데이터의 결정체인 데이터센터다. 이와 관련 주목해야 할 것은 인터넷 보급률이 정체되어도 데이터 사용량은 꾸준히 증가한다는 점이다. <센터> 측은 새로운 문명이 새로운 도시를 탄생시킬 수밖에 없다고 보고 앞으로 디지털 혁명과 스마트시티 건설이 동행할 수밖에 없다고 봤다. 이 경우 대규모 데이터센터의 건설은 필연적이고 구글, 마이크로소프트가 추진중인 스마트시티도 그렇게 진행되고 있다. NEOM 메가시티 프로젝트를 추진중인 사우디도 초기 기반사업으로 데이터센터와 발전소 건설로 시작하고 있다.

<센터>는 전력 소비 증가율이 GDP 증가율과 비슷해서 1%포인트 등락이 시장 전체에 큰 영향을 미친다고 했다. 2014년 EIA 기준 세계 전력설비용량 5700GW를 기준으로 1% 설비를 늘린다면 약 200조원의 비용이 들어간다. 4차 산업혁명으로 1%포인트씩 전력수요가 더 필요한 상황이 10년간 이어진다면 2000조원 가량의 자금이 투입되어야 한다고 <센터>측은 결론 내렸다.

첨부한 보고서에 상세한 내용이 들어 있다.