[EE칼럼] 인공지능(AI)으로 펼쳐질 재생에너지 산업의 미래

▲박성우 한국에너지공단 기획조정실장

2022년 말 오픈AI는 대화형 인공지능 서비스인 챗GPT를 출시했다. 그 이후 생물종이 폭발적으로 나타났던 캄브리아기에 빗대어, 인공지능의 캄브리아기라고 부르는 시대가 도래했다. 챗GPT의 '챗'은 대화형이라는 말이다. 프로그래밍 언어가 아니라, 사람끼리 이야기하듯 자연스럽게 입력하면 된다. GPT의 'G'는 '생성한다'는 뜻이다. 글, 그림, 동영상과 같은 것을 만드는 인공지능이라는 말이다. 'P'는 '사전 학습한'이란 뜻이다. 챗GPT는 3천억 개의 단어와 5조 개의 문서를 학습했다. 인간이 만든 거의 모든 문서를 다 봤다고 할 수 있는 양이다. 'T'는 트랜스포머의 약자이다. 주어진 문장을 보고 다음에 어떤 단어가 올지를 확률적으로 예측하는 딥러닝 모델이다.

캐나다 토론토대의 제프리 힌튼 교수는 2006년에 딥러닝 논문을 발표하여 인공지능의 선구자가 되었다. 2024년 이 연구에 대한 공로를 인정받아 노벨물리학상을 받았다. 물리학 연구가 아닌 인공지능에 관한 연구로 컴퓨터 과학자가 노벨물리학상을 받은 첫 사례이다. 인공지능의 암흑기라 부르는 1980년대부터 캐나다 정부가 인공지능 연구에 투자한 결과물이다. 현재 캐나다는 전 세계에서 인공지능 연구자와 빅테크 기업들이 모여드는 인공지능의 메카가 되었다.

사람의 두뇌는 불과 20W의 전력만을 사용한다. 챗GPT의 학습에 사용한 엔비디아의 A100이라는 GPU는 1초에 312조 번의 연산을 할 수 있다. A100의 소비전력은 모델에 따라 300~400W이다. 챗GPT는 이런 A100을 1만 개나 사용했다. 인공지능이 확산되면 필연적으로 전력 수요가 증가할 수밖에 없다. 데이터센터가 가장 많은 미국을 보면, 2022년 데이터센터가 전력 수요의 약 4%를 차지했다. 2026년에는 6%까지 증가할 것으로 예상한다. 이로 인해 전력망 현대화와 무탄소 전력 확보가 새로운 도전거리로 떠오르고 있다.

인공지능의 확산은 에너지산업에 숙제거리와 더불어, 성장의 기회요인이 될 수 있다. 특히 재생에너지는 다양하고 많은 설비가 전국적으로 산재되어 있고, 데이터의 양이 많아, 인공지능 활용으로 새로운 성장기회를 창출할 수 있다. 인공지능은 재생에너지의 신뢰성을 높이고 기상 조건에 따른 영향을 줄여준다. 인공지능 알고리즘으로 풍력, 태양광과 같은 재생에너지 설비에 대해 날씨 예측, 과거 발전량 데이터, 실시간 상태를 분석한다. 이를 통해 발전량을 예측하여 전력 공급과 수요의 균형을 맞추는데 활용할 수 있다. 인공지능을 사용하면 재생에너지 설비가 고장나거나 유지관리가 필요한 시기를 예측할 수 있다. 머신러닝을 통해 사용 통계, 날씨 데이터, 과거 유지관리 기록과 같은 방대한 양의 데이터를 분석하여 고장이 발생하기 전에 잠재적 고장을 예측할 수 있다. 이를 통해 가동중지 시간을 최소화하고 수리 비용을 줄이며 재생에너지 설비의 전반적인 안정성을 개선할 수 있다.

재생에너지가 늘어날수록 에너지저장장치(ESS), 스마트 그리드, 수요반응(DR)과 같은 기술의 사용이 필수적이다. 재생에너지는 에너지저장 기술을 통해 변동성을 보완하는데, 인공지능은 수요, 공급, 가격, 전력망 상태 등을 고려하여 최적의 저장 시기, 방전 시기, 방전량을 결정할 수 있도록 도와준다. 스마트 그리드와 수요반응을 통해 소비자는 자신의 에너지 소비를 적극적으로 관리할 수 있다. 인공지능은 과거와 실시간 데이터를 사용하여 소비 패턴을 예측할 수 있어 발전사가 자원을 효율적으로 사용할 수 있도록 도와준다. 또한 인공지능은 전력 수요가 많은 시기에 가장 필요한 곳으로 전력이 향하도록 하여 정전 위험을 방지할 수 있다. 인공지능 기반의 스마트 그리드는 전력망의 오류나 중단을 감지할 수도 있다. 문제의 정확한 위치를 찾아내어 전력을 다른 경로로 연결함으로써 서비스의 중단을 최소화하고 가동중단 시간을 줄여 전력망의 안정성을 개선할 수 있다. 수요반응은 상업시설, 산업체와 같은 소비자들의 전력 사용량을 전력망 운영자 또는 에너지 공급자의 신호에 따라 조정한다. 인공지능은 수요 변동을 예측하고 관리함으로써 재생에너지로의 전환을 도울 수 있다.

재생에너지 산업이 성장하기 위해서는 전력 수요와 공급의 불일치로 인한 출력제한, 전력망 확충 등의 난관을 극복해야 한다. 변동성이라는 특징을 가진 태양광, 풍력과 같은 재생에너지의 확대로 발생하는 문제를 인공지능 기반의 예측 및 최적화로 해결할 수 있다. 인공지능은 향후 5~10년 안에 해결책을 찾아낼 것이다. 이로 인해 펼쳐질 재생에너지의 미래가 기대된다.

박성우