LNG 냉열의 새로운 활용, DCC

LNG 냉열의 새로운 활용, DCC

대학생신재생에너지기자단 22기 김혜윤

 

[data가 발생시키는 열의 양]

현대사회에서 하루에 발생하는 데이터의 양은 급증하고 있다. 기업은 스마트한 운영과 사용자의 정보 보호를 위해 데이터센터를 이용하여 데이터를 저장한다. 데이터센터를 구성하는 것은 서버 컴퓨터들이며 이 컴퓨터들은 24시간 가동된다.

[자료 1. 적외선 카메라를 통해 본 데이터센터]

출처 : TECH WORLD

미국냉동공조학회(ASHRAE)에서 밝힌 데이터센터의 적정 온도는 19~21℃이다. 24시간 가동되는 컴퓨터의 열을 제대로 냉각시켜 주지 않으면 화재나 폭발과 같은 사고가 발생할 가능성이 높다. 데이터센터에는 전기실, 배터리실 등 화재가 발생했을 때 피해 규모를 확대시킬 수 있는 장비들이 함께 존재하므로 데이터센터에서 발생하는 열을 처리하는 것은 매우 중요하다.

 

[데이터센터는 어떤 방식으로 냉각되는가?]

미래창조과학부의 2015년 ‘데이터센터 산업 육성을 위한 기반 조성 연구 및 조사’에 따르면 데이터센터 냉각 방식(DCC)에는 공랭식, 수랭식이 가장 많이 사용된다.

공랭식과 수냉식의 가장 큰 차이는 용매의 상태이다. 공랭식의 경우 기체를 사용하고 수냉식의 경우 대부분 물과 같은 유체를 사용하여 냉각한다. 공기 대신 물을 사용한 수냉식 냉각 방식이 50~100배에 가까운 훨씬 높은 열 관리 효율을 얻을 수 있으며 20%의 에너지를 절감하여 탄소 배출량을 줄일 수 있다.

 

[수랭식 시스템을 사용하는 국내외 기업]

[자료 2. 구글의 데이터센터 내부 모습]

출처 : Google

대규모 데이터센터를 운영하고 있는 글로벌 빅테크 기업, 구글과 마이크로소프트는 ESG 경영의 일환으로 데이터센터 설립 시 수랭식 시스템을 중점적으로 적용하고 있다. 구글은 2021년 수랭식 시스템을 통해 약 30만 톤의 이산화탄소 배출을 줄였다. 국내에서는 삼성SDS, KT가 데이터센터에 수랭식 시스템을 도입하였다.

[자료 3. 구글 데이터센터의 물 사용량]

출처 : Google

하지만 수랭식 시스템을 어떤 냉각수로 운영하는지도 중요하다. 구글의 경우 2021년 데이터센터 냉각수로 약 45만 갤런(170만 리터)를 사용하였다. 물은 냉각수로 활용하기에 효과적인 수단이지만 환경에 미치는 영향을 최소화하기 위해 물 사용량을 줄이는 방안도 고려해야 한다.

 

[LNG에서 발생하는 냉열]

환경에 미치는 영향을 최소화하며 효율적으로 데이터센터를 냉각하기 위해 액화천연가스(LNG)가 보유한 냉열을 사용할 수 있다.

LNG란 천연가스(natural gas)를 액화 처리한 상태로 주성분은 메탄으로 구성되며 에탄, 프로판, 부탄, 질소 등의 성분이 함유되어 있다. 천연가스는 석탄과 석유와 함께 3대 화석연료의 일종으로 난방, 연료 등 활용도가 높다. 천연가스의 경우 기체일 때보다 액체일 때 부피가 60분의 1 수준으로 줄기 때문에 효율적인 운반과 저장을 위해 냉각하여 액화시켜야 한다. 운반된 LNG는 발전소 등의 사용처에 다시 기체화시켜 공급한 후 사용한다.  

[자료 4. 천연가스의 성분 및 냉매가 보유한 냉열량]

출처 : 대한설비공학회

대한설비공학회에 따르면 LNG가 보유하고 있는 냉열은 천연가스의 성분에 따라 다르지만, 다른 가스에 비해 냉열량이 높다. LNG의 경우 -160℃의 비점에서 잠열과 헌열을 합한 크기만큼의 냉열량을 가진다. LNG의 증발점열은 약 120kcal/h이고 현열량은 비점에서 0℃를 기준으로 약 100kcal/h이므로 LNG의 냉열량은 총 220kcal/h 정도이다.

 

[데이터센터 냉각에 활용되는 LNG]

우리나라의 경우 LNG 수입량이 많은 편임에도 불구하고 LNG의 냉열을 효과적으로 활용하지 못하고 있다. 데이터센터에서 LNG의 냉열을 활용한다면 에너지 효율화 측면에서 긍정적인 효과를 기대할 수 있을 것으로 평가한다.

과학기술정보통신부는 2023년부터 LNG 냉열을 데이터센터 냉각에 활용하는 방안과 관련한 기술개발 및 실증을 지원한다고 지난 2022년 7월 ‘제2차 디지털 탄소중립협의회’에서 밝혔다. 이날 협의회에서 국내 플랫폼 및 데이터센터 분야에서 네이버, 카카오 등의 기업들이 참여하며 데이터센터 분야의 탄소중립 실현을 위한 방안으로 ‘LNG 냉열을 활용한 데이터센터 냉각시스템’에 관한 논의를 이어갔다.

[자료 5. LNG 냉열 활용 사업 개발 업무협약 체결]

출처 : Break News

또한 KT의 경우 2021년 한국가스공사와 함께 ‘LNG 냉열활용 사업개발 업무협약(MOU)’를 체결하였다. 이 협약을 통해 가스공사는 LNG 냉열을 활용한 냉방 시스템 개발에 협력함으로써 데이터센터 운영이 필요한 전력과 에너지를 줄여 나갈 계획이라고 밝혔다. KT 용산 데이터센터와 같은 대형 센터에 LNG 냉열 활용 시스템을 사용할 경우 시간당 약 12MWh 전력이 절감되며 이는 연간 1만 6천 톤의 이산화탄소 배출을 줄여 기업의 탄소중립 실천에도 기여할 수 있다.

 

[LNG 냉열의 또다른 활용 사례]

LNG 냉열은 데이터센터의 냉각에 활용될 뿐만 아니라 다양한 분야에서 활용될 수 있다. 냉동 물류사업에 LNG 냉열을 사용하여 냉동기기를 대체하면 소요 에너지가 절감되는 효과가 있다. 또한 기존 방식에 비해 전기 사용량이 50~70%로 줄어 급속 냉동 효과도 상승한다. 또한 LNG 냉열을 사용하여 액화수소 생산을 하기도 한다.

이처럼 잘 활용되지 못했던 LNG 냉열을 다른 사업에 접목시켜 이용하는 시도들이 늘어나고 있다. 이러한 시도는 단순히 버려지는 냉열을 사용해 자원의 재순환이라는 의미를 갖는 것뿐만 아니라 전력 감소와 탄소 중립에도 기여할 수 있다. 따라서 LNG와 데이터센터의 상호보완적 관계를 가진 환경 친화적 기술의 발전에 더욱 관심을 기울여야 한다.

 

---

데이터센터에 대한 대학생신재생에너지기자단 기사 더 알아보기

1. "전력 잡아먹는 데이터센터, 버려지는 열을 활용하다", 17기 김희진, https://renewableenergyfollowers.org/2962

전력 잡아먹는 데이터센터, 버려지는 열을 활용하다

2. "열 vs 데이터, 승자는?", 22기 유현서, https://renewableenergyfollowers.org/3822

열 vs 데이터, 승자는?

---

참고문헌

[data가 발생시키는 열의 양]

1) 선연수, “[생활TECH] 데이터와 친환경 둘 다 사수하라! 그린데이터센터로의 발걸음”, TECH WORLD, 2019.07.04, https://www.epnc.co.kr/news/articleView.html?idxno=91062

2) 전남혁, “[단독] SK 데이터센터, 4시간前  ‘위험 경고’에도 배터리 화재 못 막아”, 동아일보, 2022.10.20, https://www.donga.com/news/Economy/article/all/20221020/116037488/1

[데이터센터는 어떤 방식으로 냉각되는가?]

1) 선연수, “[생활TECH] 데이터와 친환경 둘 다 사수하라! 그린데이터센터로의 발걸음”, TECH WORLD, 2019.07.04, https://www.epnc.co.kr/news/articleView.html?idxno=91062[데이터센터는 어떤 방식으로 냉각되는가?]

[수랭식 시스템을 사용하는 국내외 기업]

1) 김달훈, “냉각수 사용 최대 50% 줄일 것”…구글, 데이터센터 냉각 목표 소개”, CIO, 2022.11.28, https://www.ciokorea.com/news/266578

2) Urs Holzle, “Our commitment to climate-conscious data center cooling”, Google, 2022.11.21, https://blog.google/outreach-initiatives/sustainability/our-commitment-to-climate-conscious-data-center-cooling/

[LNG에서 발생하는 냉열]

1) 김민석, “LNG 냉열이용 LCO2 생산공장 설비사례”, 대한설비공학회 집중기획, pg 37-38, 2015.02

2) SK 미디어룸, “[에너지백과] 액화천연가스(LNG)”, SK E&S, 2022.06.30, https://media.skens.com/1015

[데이터센터 냉각에 활용되는 LNG]

1) 박은정, “한국가스공사-KT, LNG 냉열 활용 데이터센터 사업 개발 업무협약 체결”, Breake News, 2021.11.22, https://www.breaknews.com/850069

[LNG 냉열의 또다른 활용 사례]

1) 김소현, “한국가스공사, LNG 냉열 활용…냉장, 냉동 물류창고 구축, 친환경 신사업 발굴해 미래 성장동력 확보”, 한경경제, 2022.04.25, https://www.hankyung.com/economy/article/2022042592411

2) 이경인, “LNG 냉열 통한 청정수소 안전관리방안 모색”, 가스신문, 2023.06.01, http://www.gasnews.com/news/articleView.html?idxno=110522