[신년호] 전력 블랙홀 AI, 원전·재생에너지·수소 ‘총동원’ 필요

▲AI와 미래 에너지 공급을 표현한 챗GPT 이미지.

인공지능(AI)은 더 이상 기술 산업에 머물지 않는다. 초거대 데이터센터와 AI 반도체 공장이 빠르게 늘어나면서, 전력은 산업 경쟁력을 좌우하는 핵심 인프라로 부상했다. 에너지 업계에서는 AI를 두고 '전력 블랙홀'이라는 표현까지 쓴다. 문제는 이 블랙홀이 단순히 많은 전기를 요구하는 것이 아니라, 24시간·365일 끊김 없는 안정적 공급을 전제로 한다는 점이다.

이 같은 변화 앞에서 기존 전력 정책의 전제는 흔들리고 있다. 재생에너지 중심의 확대 전략만으로는 AI 산업이 요구하는 전력의 질과 양을 동시에 충족하기 어렵다는 현실적 진단이 잇따른다. 이에 따라 기후에너지부를 중심으로 원전·재생에너지·수소를 모두 동원하는 '청정 전력 총공세' 전략이 신년 에너지 정책의 핵심 방향으로 부상하고 있다.

AI 산업이 요구하는 전력 조건

AI 데이터센터 한 곳이 소비하는 전력은 중소 도시 하나에 맞먹는다. GPU 서버 수만 대가 상시 가동되며 만들어내는 전력 수요는 단순한 피크 부하가 아니라, 연중 지속되는 기저 수요에 가깝다. AI 산업이 요구하는 전력 조건은 명확하다. kWh당 100원 이하의 가격, 무정전 공급, 그리고 저탄소·무탄소 전원이다.

이 세 가지 조건을 동시에 충족하지 못할 경우, AI 기업들은 전력 조건이 유리한 해외로 이전할 가능성이 높다. 실제로 미국과 프랑스, 캐나다 등은 AI 전력 확보를 국가 전략 차원에서 다루며 원전과 수소, 재생에너지를 결합한 전력 공급 모델을 적극적으로 모색하고 있다.

재생에너지는 에너지 전환의 핵심 축이다. 그러나 태양광과 풍력은 본질적으로 간헐성을 가진다. 태양광은 낮에만 발전하고, 풍력은 기상 조건에 따라 출력이 급변한다. 에너지저장장치(ESS)를 결합하더라도 대규모·장시간 저장에는 막대한 비용이 따른다.

이 때문에 재생에너지는 AI 전력의 '주력 전원'이라기보다, 확대 가능한 보완 전원으로 기능할 수밖에 없다는 평가가 지배적이다. 업계에서는 “재생에너지를 확대하되, 이를 받쳐줄 안정적 청정 기저전원이 없으면 AI 산업은 성립하지 않는다"는 지적이 나온다.

전원별 AI 전력 적합성 비교

이 같은 맥락에서 원전과 수소연료전지가 다시 주목받고 있다. 원전은 대규모·저비용·무탄소 전력을 24시간 안정적으로 공급할 수 있는 사실상 유일한 전원이다. 미국 빅테크 기업들이 원전과 직접 전력구매계약(PPA)을 체결하고, AI 데이터센터를 원전 인근에 배치하는 이유도 여기에 있다.

소형모듈원전(SMR)은 AI 시대에 특히 주목받는 대안이다. 기존 대형 원전보다 입지 유연성이 높고, 장기 고정 전력 계약에 적합해 데이터센터 전용 전원으로 활용 가능성이 크다.

수소연료전지는 분산형 전원으로서의 장점을 가진다. 도심이나 산업단지 인근에 설치할 수 있어 송전망 부담을 줄이면서도 24시간 전력을 공급할 수 있다. 일본과 미국에서는 이미 데이터센터용 연료전지가 상업적으로 활용되고 있으며, 글로벌 수요도 빠르게 증가하고 있다.

노동석 서울대원자력정책센터 연구위원은 “원전과 수소연료전지는 재생에너지의 한계를 보완하는 핵심 전원"이라며 “AI 시대에는 전원 간 역할 분담이 아니라, 총동원 전략이 필요하다"고 강조했다.

AI 시대 전력 전략 패러다임 변화

기후에너지부 내부에서는 전력 정책의 기준을 '탈원전'이나 '재생에너지 우선'과 같은 이념적 프레임에서 벗어나, AI 산업 대응이라는 현실적 기준으로 재설정해야 한다는 인식이 확산되고 있다. 재생에너지·원전·수소는 서로 대체 관계가 아니라, 역할이 다른 보완적 전원이라는 것이다.

전문가들은 특정 전원을 배제하는 정책은 단기적인 정치 메시지는 될 수 있어도, AI 시대 산업 전략으로는 작동하지 않는다고 입을 모은다. 이제 필요한 것은 '전원 선택'이 아니라, '전원 총동원' 전략이라는 평가다.

AI 전력 수요 대응은 향후 10년 국가 경쟁력을 좌우할 핵심 변수다. 전문가들은 신년을 맞아 국회와 정부가 다음과 같은 방향으로 전력 정책을 재설계해야 한다고 강조한다.

우선, 전력 정책의 목표를 RE100을 넘어 24시간 무탄소 전력(24/7 CFE)으로 전환해야 한다. 장부상 재생에너지 사용이 아니라, 실제로 연중 모든 시간대에 무탄소 전력을 사용했는지를 기준으로 산업 정책과 전력 조달 체계를 재편해야 한다는 것이다.

또한 AI·데이터센터를 위한 전용 전력 공급 제도 도입이 필요하다. 장기 고정가격 청정전력 계약, 원전·수소·재생에너지를 결합한 전력 패키지, 데이터센터 특화 전력 시장 등 새로운 제도 설계가 요구된다.

전원별 로드맵도 명확히 해야 한다. 단기적으로는 원전 계속운전을 통해 가용 전력을 확보하고, 중기적으로는 신규 원전과 SMR 도입을 병행하며, 장기적으로는 수소연료전지와 재생에너지의 역할을 단계적으로 확대하는 전략이 필요하다.

아울러 한전 중심의 중앙집중형 전력 거버넌스, 정치화된 전기요금 결정 구조 역시 더 이상 미룰 수 없는 과제로 지적된다. 전력거래소와 전기위원회의 독립성 강화, 송·배전망의 중립적 운영, 시장 신호를 반영한 요금 체계 개편 없이는 AI 시대 전력 시스템이 작동하기 어렵다는 지적이다.

전력은 이제 환경 정책을 넘어 산업 정책이자 안보 정책이다. 전문가들은 “신년 국회가 전기요금 논쟁이나 단기 수급 대책을 넘어, AI 시대 국가 전력 전략을 핵심 의제로 끌어올려야 한다"고 강조한다.

AI 시대의 질문은 단순하다. 어떤 전원을 선호하느냐가 아니라, 이 전력으로 산업을 살릴 수 있느냐다. 2026년을 앞둔 지금의 선택이, 향후 10년 한국 산업의 방향을 결정하게 될 것이라는 경고가 무겁게 다가오고 있다.

정부가 제시하는 방향은 명확하다. 전력 정책의 기준을 '탈○○'이 아닌 'AI·산업 생존'으로 재설정해야 한다는 것이다. 재생에너지 확대는 기본 전제이지만, 그것만으로는 부족하며 원전·수소·저탄소 가스 등 모든 선택지를 테이블 위에 올려놓고 조합해야 한다는 인식이다.

전문가들은 AI 전력 수요 대응이 향후 10년간 에너지 정책의 성패를 가를 시험대가 될 것으로 보고 있다. 공급 안정성, 가격 경쟁력, 탄소 감축이라는 세 가지 목표를 동시에 달성하지 못하면 AI 산업은 해외로 빠져나갈 가능성이 크다.

유승훈 서울과학기술대학교 교수는 “AI는 선택이 아니라 필수 산업이다. AI를 키우겠다면 전력 정책도 그에 맞게 현실적으로 바뀌어야 한다"며 “청정 전력이라면 가리지 않고 활용하는 유연한 전원 믹스 전략이 신년 에너지 정책의 출발점이 될 것"이라고 강조했다.

전지성 기자 jjs@ekn.kr