1. 서 론
2. 수중 데이터센터를 위한 차세대 On-site 에너지원: 수중 태양광의 기술적 타당성
2.1 기존 태양광 기술의 한계와 수중 확장성
2.2 수중 태양광의 고유 특성 및 장점
3. 수중 데이터센터의 냉각 구조 및 에너지 효율 특성
3.1 데이터센터 발열 특성 및 냉각 전력
3.2 해양 냉각 기반 데이터센터의 기술 분류
3.3 냉각 성능 보완을 위한 외부 냉열원 연계
4. 수중 데이터센터와 On-site 에너지 자립 모델
4.1 수도권 데이터센터 입지 제약과 전력 계통 구조의 한계
4.2 해양 분산형 On-site 에너지 연계 모델
4.3 시나리오 기반 정량 분석 및 에너지 자립 가능성 평가
4.4 기술적 타당성, 운용 안정성 및 경제성 고려사항
5. 결 론
기호 및 약어 설명
PUE : 전력 효율 지수(Power Usage Effectiveness)의 약어
UDC : 수중 데이터센터(Underwater Data Center)의 약어
UWPV : 수중 태양광(Underwater Photovoltaics)의 약어
1. 서 론
현대 사회에서 데이터센터는 서버, 저장 장치 및 네트워크 장비가 집적된 중앙 처리 시스템으로서, 디지털 서비스 제공을 위한 핵심 인프라 역할을 수행하고 있다1,2). 특히 최근 생성형 인공지능(AI) 기술의 발전은 데이터 처리 수요를 급격히 증가시켰으며, 이에 따라 데이터센터의 전력 소비 또한 빠르게 확대되고 있다3). 이러한 경향은 Fig. 1에 제시된 바와 같이, 생성형 AI 및 고성능 연산 수요 증가에 따라 2024년 이후 데이터센터 전력 소비가 가속적으로 증가하는 중·장기 전망에서도 확인된다. 2024년에 조사·정리된 국제에너지기구(IEA)의 문헌에 따르면, 전 세계 데이터센터의 전력 소비량은 2024년 약 415 TWh에서 2030년 약 945 TWh로 두 배 이상 증가할 것으로 전망된다4). 국내 역시 데이터센터 전력 수요가 2025년 약 4,461 MW 수준에서 연평균 약 11%씩 증가하여, 2028년에는 6,175 MW에 이를 것으로 예측되고 있다5).
현재 국내 데이터센터의 약 60%는 대형 IT 기업과 주요 수요처가 밀집한 서울·인천·경기 등 수도권 지역에 집중되어 있다. 데이터센터는 대규모 데이터 트래픽이 발생하는 지역 인근에 위치할수록 네트워크 지연을 최소화하고 서비스 품질을 안정적으로 유지할 수 있다는 특성을 지니므로, 국내에서도 수도권 중심의 구축이 지속되어 왔다6,7). 그러나 수도권의 데이터센터 집적은 가용 부지 부족과 높은 토지 비용, 그리고 전력 계통의 수용 한계라는 물리적 제약을 동반한다8,9). 또한 대규모 전력 소비 시설의 신규 진입이 수도권 전력 계통에 추가 부담을 유발함에 따라, 정부는 ｢분산에너지 활성화 특별법｣ 등 제도적 장치를 통해 대규모 전력 수요 설비에 대한 계통 영향 평가와 신규 진입 제한 등 정책적 대응을 강화하고 있다10). 결과적으로 수도권 내 데이터센터 확충은 입지·계통·정책 요인이 중첩되며 구조적 제약이 심화되는 추세이다.
한편 데이터센터 운영 과정에서 발생하는 열을 제거하기 위한 냉각 시스템은 전체 전력 소비에서 상당한 비중을 차지하는 것으로 알려져 있으며, 에너지 효율 개선과 탄소중립 달성을 위해 냉각 부하를 근본적으로 저감할 수 있는 기술적 대안의 필요성이 커지고 있다4,11,12). 이러한 배경에서 부지 제약을 완화하면서 냉각 전력을 구조적으로 줄일 수 있는 대안으로 수중 데이터센터(Underwater Data Center, UDC)가 제안되고 있다. 해양 공간을 활용하는 UDC는 육상 부지 확보의 한계를 보완할 수 있을 뿐만 아니라, 주변 해수를 냉각 매체로 활용하여 데이터센터 운영 전력에서 큰 비중을 차지하는 냉각 부하를 물리적으로 저감할 수 있는 구조적 이점을 지닌다12,13,14).
그러나 이러한 장점에도 불구하고, 냉각 효율 개선을 통해 데이터센터 자체의 전력 소비를 줄일 수 있다 하더라도, 사용되는 전력을 외부에서 장거리로 공급받는 구조가 유지된다면 전체 에너지 효율 개선에는 한계가 존재한다. 전력 생산지와 대규모 수요처가 지리적으로 분리된 경우, 송전 과정에서 발생하는 저항 손실과 전력 계통 부담은 불가피하며, 이는 냉각을 통해 절감된 에너지의 일부를 상쇄할 수 있다15,16). 국내의 경우 역시 전력 생산 설비가 주로 동·남해 연안에 집중되어 있는 반면, 대규모 데이터센터 수요는 수도권에 밀집되어 있어 이러한 문제가 나타나고 있다10,17).
이러한 배경에서 본 논문은 수중 태양광 발전(Underwater Photovoltaics, UWPV)을 온사이트(On-site) 발전원으로 결합한 수중 데이터센터 기반 에너지 자립 모델을 제안한다. UWPV는 수중 환경에서 직접 발전을 수행함으로써 태양광 모듈의 열적 안정성을 확보하는 동시에, 발전과 소비가 동일한 공간 내에서 이루어지는 통합 에너지 시스템 구성을 가능하게 한다18). 이를 통해 본 논문은 데이터센터의 전력 소비 증가와 수도권 내 부지 및 전력 계통 포화 문제를 동시에 완화할 수 있는 통합 모델의 기술적 타당성을 분석하고자 한다.
2. 수중 데이터센터를 위한 차세대 On-site 에너지원: 수중 태양광의 기술적 타당성
2.1 기존 태양광 기술의 한계와 수중 확장성
데이터센터의 에너지 자립을 위한 온사이트(On-site) 전력 생산 모델 중 지상형 태양광(Ground Photovoltaic, GPV)은 가장 널리 상용화된 기술적 토대를 갖추고 있다. 그러나 GPV는 입지적 측면에서 수도권 내 가용 부지 부족과 높은 지가 문제에 직면해 있으며, 기술적 측면에서는 하계 운영 시 모듈 온도 상승에 따른 발전 효율 저하라는 구조적인 한계를 지닌다19,20). 이러한 제약을 극복하기 위해 대두된 수상 태양광(Floating Photovoltaics, FPV)은 수면의 냉각 효과를 활용하여 발전 효율을 일정 부분 개선하였으며, 육상 부지 의존도를 줄인다는 점에서 대안적 기술로 논의된다21,22). 그러나 FPV는 기본적으로 수면 위 평면 공간에 설비를 배치하는 구조이므로, 수면 하부의 공간을 활용하지 못한다는 한계를 가진다23,24). 또한 대규모 부유 구조물이 수면 위에 노출됨에 따라 경관 훼손 및 사회적 수용성 문제를 야기할 가능성도 존재한다.
반면, 수중 태양광(Underwater Photovoltaics, UWPV)은 모듈의 직접적인 침수를 통해 열 방출과 냉각 성능을 극대화할 수 있다18). 이러한 직접 냉각 방식은 태양전지가 온도 상승에 따라 출력 전압이 감소하고 전력 변환 효율이 저하되는 문제를 효과적으로 완화하며, 이를 통해 데이터센터 운용에 필요한 전력 공급의 안정성을 확보할 수 있다. 동시에 설비가 수중에 배치됨으로써 수면 하부의 입체적 공간 활용이 가능하며, 외부 시각적 노출을 최소화하여 사회적 갈등 발생 가능성을 낮출 수 있다. 따라서 UWPV는 입지 효율성, 열적 안정성, 사회적 수용성 측면에서 기존 GPV 및 FPV 대비 차별화된 특성을 가지며, 수중 데이터센터와의 통합 시스템 구축에 있어 기술적 적합성을 확보할 수 있는 대안으로 평가된다.
2.2 수중 태양광의 고유 특성 및 장점
(1) 광학적 특성 및 장점
태양전지의 효율을 결정하는 핵심 요인은 표면에서의 빛 반사 손실을 최소화하여 내부 광활성층으로 투과되는 광자(Photon)의 양을 극대화하는 것이다. 수직 입사(Normal incidence) 조건에서 서로 다른 두 매질의 경계면에서 발생하는 반사율(R)은 프레넬 방정식(Fresnel equation)에 의해 다음 식(1)과 같이 정의된다25).
여기서 n1은 입사 매질의 굴절률, n2는 태양전지 소자(주로 실리콘, n ≈ 3.5)의 굴절률이다. 태양전지 표면의 반사율은 입사 매질과 소자 간의 굴절률 차이가 클수록 증가하며, 이는 공기-실리콘 계면에서의 직접적인 광 입사 조건을 모사한 Fig. 2(a)에 도시되어 있다. 육상 태양광의 경우 공기(n ≈ 1.0)와 실리콘(n ≈ 3.5) 사이의 큰 굴절률 차이로 인해 정상 입사 Fresnel 반사율은 약 31%에 달하는 높은 반사 손실이 발생한다26,27).
반면, 수중 환경에서는 물(n ≈ 1.33)이 공기와 실리콘 사이의 중간 매질 역할을 수행하여 굴절률의 급격한 변화를 완화시킨다. Fig. 2(b)에 나타낸 공기-물-실리콘으로 이어지는 계단형 굴절률 구조를 통해 정상 입사 조건에서 전체 반사율을 이론적으로 약 20% 수준까지 감소시킬 수 있는 것으로 계산된다. 이는 공기-실리콘 단일 계면을 갖는 육상 조건과 비교할 때 약 10%p 이상의 반사 손실 저감을 의미한다. 특히 소자가 완전히 침수된 환경에서는 물-실리콘 단일 계면만이 유효하게 작용하여 반사율이 약 19 ~ 20% 수준으로 제한되며, 별도의 무반사 코팅(Anti-Reflection Coating, ARC) 없이도 반사 손실 감소에 따른 광 흡수율이 육상 대비 이론적으로 ~10% 수준까지 증가할 수 있는 가능성이 제시된다18,28,29). 즉, 물은 그 자체로 광 입사 조건을 완화하는 효과적인 광학적 버퍼 층(Buffer Layer) 역할을 수행한다.
한편, 매질로써의 물은 입사광의 파장 대역에 따라 흡수율이 달라지는 분광학적 선택성을 보인다. Beer-Lambert 법칙에 근거하여 수심이 깊어질수록 700 nm 이상의 장파장은 급격히 감쇄하여 열에너지로 소실되는 반면, 400 ~ 700 nm 구간의 단파장은 상대적으로 깊은 수심까지 투과되는 특성을 갖는다30,31). 이러한 분광 특성은 수심별 태양전지 소자 설계의 핵심 기준이 된다32). 수심이 얕은 환경에서는 수중 입사광의 파장 분포가 지표면의 표준 스펙트럼(AM 1.5G)과 유사한 경향을 유지하므로, 기존 결정질 실리콘(c-Si) 태양전지는 앞서 기술한 광학적 이점(반사 손실 저감)을 온전히 수용하여 육상 대비 향상된 발전 효율을 구현할 수 있다.
그러나 심도가 증가함에 따라 물의 파장 선택적 흡수 특성에 의해 장파장 대역은 제거되고, 도달하는 광자는 주로 400 ~ 700 nm 범위의 단파장 영역에 집중된다. 이는 에너지 밴드 관점에서 볼 때, 1.8 ~ 3.0 eV의 고에너지 대역만이 유효하게 전달됨을 의미한다. 이러한 환경에서 약 1.1 eV의 상대적으로 좁은 밴드갭을 가진 기존 c-Si 태양전지를 운용할 경우, 입사 광자의 에너지가 소자의 밴드갭을 과도하게 상회하게 된다. 이때 발생하는 과잉 에너지는 전하 생성에 기여하지 못하고 격자 진동을 통해 열로 소산되는 에너지 손실로 이어져 효율 저하의 원인이 된다. 이는 Shockley-Queisser 한계에서 정의되는 열화 손실 메커니즘과 동일한 물리적 기원에 해당한다33).
이러한 분광학적 제약은 수중 환경에 특화된 소자 설계를 통해 오히려 기술적 우위로 전환될 수 있다. 심도 깊은 수중 환경에서는 도달하는 단파장 대역에 부합되는 광대역 밴드갭(Wide-bandgap) 소재를 적용함으로써 에너지 손실을 최소화할 수 있다32). 나아가 선행 연구들에 따르면, 매질인 물의 높은 유전율은 소자 내부의 전기장을 강화하여 전하 수집 효율을 개선하고 표면 반사를 저감시키는 광학적 이득을 제공한다34,35). 결과적으로 이러한 광학적·전기적 이점의 결합은 수중 태양광이 육상 시스템의 물리적 한계를 극복하고 더 높은 전력 변환 효율(Power Conversion Efficiency, PCE)을 달성할 수 있는 기술적 토대가 된다.
(2) 열적 특성 및 장점
태양전지는 온도가 상승함에 따라 반도체 내부의 캐리어 재결합이 증가하여 개방 전압(VOC)이 감소하는 특성을 지닌다. 일반적으로 결정질 실리콘(c-Si) 태양전지 모듈의 출력 온도 계수(Pmax temperature coefficient)는 약 -0.4 %/℃로 알려져 있다19,27). 하절기 육상 태양전지 모듈의 표면 온도는 직사광선과 낮은 열 방출 효율로 인해 45 ~ 65℃까지 상승한다. 이는 표준 측정 조건(Standard Test Conditions, STC) 온도인 25℃ 대비 약 20 ~ 40℃의 온도 상승이 발생하며, 이는 이론적으로 약 20%의 출력 감소를 야기한다36,37).
반면, UWPV는 매질인 물의 우수한 열적 특성을 통해 온도 상승에 따른 성능 저하 현상을 효과적으로 완화할 수 있다. 물은 공기 대비 약 4배 높은 비열과 약 23배의 높은 열 전도율을 가진다38). UWPV 모듈은 이러한 고성능 냉각 매체에 상시 침수된 상태로 운용되므로, 발전 과정에서 발생하는 줄 열(Joule heat)을 주변 해수로 즉각 분산시켜 모듈 온도를 연안의 평균 수온(약 5 ~ 25℃) 범위 내에서 안정적으로 유지할 수 있다.
실제 해양 환경에서의 냉각 효율은 정적인 수조 환경보다 월등히 뛰어나다. 육상에서의 공랭식 냉각이 자연 대류(Natural Convection, 열전달 계수 h)에 의존하는 것과 달리, 해상 환경은 조류(Tidal Current)와 파랑(Wave)에 의한 지속적인 유체 운동이 발생한다. 이러한 유체역학적 환경은 모듈 표면의 열 경계층(Thermal Boundary Layer)을 얇게 유지하고 강제 대류(Forced Convection)를 유도한다. 이는 모듈 표면과 해수 사이의 열 저항(Thermal Resistance)을 최소화하여, 정적인 수조 환경 대비 수백 W/m2·K 수준까지 증가할 수 있는 높은 대류 열 전달 계수를 구현한다28,38,39). 결과적으로 UWPV는 고부하 발전 시에도 모듈 온도를 STC 조건에 근접한 온도 범위에서 유지하는 성능을 보이며, 온도 상승에 기인한 출력 손실의 영향을 실질적으로 최소화하여 우수한 열적 안정성을 확보할 수 있다.
3. 수중 데이터센터의 냉각 구조 및 에너지 효율 특성
3.1 데이터센터 발열 특성 및 냉각 전력
데이터센터의 운영 과정에서 IT 장비가 소비하는 전력의 대부분은 연산 과정에서 발생하는 저항 손실에 의해 열에너지로 전환된다. 최근 하드웨어 집적도 증가와 고성능 컴퓨팅 및 인공지능 학습 수요 확대에 따라 GPU 기반 서버의 도입이 가속화되면서, 서버 랙(Rack) 단위의 전력 밀도는 지속적으로 증가하는 추세에 있다40). 이러한 고전력 밀도 환경에서는 서버에 인가된 전력이 거의 즉각적으로 열로 변환되며, 열 제거가 충분히 이루어지지 않을 경우 반도체 소자의 온도 상승에 따른 성능 저하와 신뢰성 감소, 나아가 시스템 안정성 문제로 직결될 수 있다41).
이와 같은 발열 특성으로 인해 냉각 시스템은 데이터센터 인프라에서 필수적이며, 전체 전력 소비 구조에서 상당한 비중을 차지하는 요소로 작용한다. 다수의 선행 연구와 산업 보고서에 따르면, 냉각 관련 부하는 전체 데이터센터 전력 소비의 약 30% 수준에 이르는 것으로 보고되고 있다2,42). 즉, IT 장비의 연산 효율뿐만 아니라, 이를 지지하는 냉각 인프라의 에너지 효율 또한 데이터센터의 총 운영 성능을 결정하는 핵심 요인이라 할 수 있다.
데이터센터의 에너지 효율은 일반적으로 전력 효율 지수(Power Usage Effectiveness, PUE)를 통해 정량화된다. PUE는 식(2)와 같이 정의된다43).
여기서 PTotal Facility는 냉각, 전력 변환, 조명, 보조 설비 등을 포함한 전체 시설 전력 소비를 의미하며, PIT는 서버 및 네트워크 장비 등 IT 장비에 직접 공급되는 전력을 의미한다. PUE 값이 1에 가까울수록 비-IT 설비에 소모되는 전력이 적어 에너지 효율이 우수함을 의미한다.
Uptime institute의 글로벌 데이터센터 조사에 따르면, 2025년 기준 전 세계 데이터센터의 평균 PUE는 1.54로 집계되었다43). 이는 IT 장비가 소비하는 전력 1에 대해, 냉각 및 전력 인프라 운영에 추가로 약 0.54의 전력이 사용되고 있음을 의미한다. 평균 전력 수요가 약 100 MW 수준인 하이퍼스케일 데이터센터에 이를 적용할 경우, 비-IT 설비에 소모되는 전력은 연간 수백 GWh 규모에 이를 수 있으며, 이는 전력 단가 및 운영 조건에 따라 상당한 운영 비용 부담으로 이어질 수 있다2,44).
더욱이 기존 육상 데이터센터에서 널리 채택되는 기계식 냉각 및 냉각탑 기반 시스템은 높은 전력 소비뿐만 아니라 대규모 용수 사용을 수반한다. 이러한 시스템은 간접적인 탄소 배출 증가와 수자원 부담 문제를 야기하며, 환경적 지속 가능성 측면에서도 한계를 지닌다42,45). 따라서 냉각 에너지 소비를 구조적으로 저감할 수 있는 기술적 대안의 도입은 단순한 비용 절감을 넘어, 데이터센터 산업의 장기적 지속 가능성과 탄소 중립 목표 달성을 위한 핵심 과제로 인식되고 있다.
3.2 해양 냉각 기반 데이터센터의 기술 분류
육상 데이터센터의 냉각 부하는 에너지 소비 증가와 탄소 배출 확대의 주요 요인으로 지적되어 왔다. 이러한 구조적 한계를 완화하기 위해, 높은 열용량과 안정적인 열역학적 특성을 갖는 해수를 냉각 자원으로 활용하는 기술적 접근이 지속적으로 확대되고 있다42).
해상 환경을 활용한 데이터센터 냉각 방식은 크게 세 가지 유형으로 분류된다. 첫째, 해수를 육상 시설로 취수하여 활용하는 육상-해수 취수 방식(Land-based Seawater Cooling), 둘째, 수면 위 부유 구조물에 인프라를 구축하는 부유식(Floating), 셋째, 서버 모듈을 해저에 완전 침수시키는 수중 침수식(Underwater) 구성이다.
(1) 육상-해수 취수 방식(Land-based Seawater Cooling)
해안가 육상에 데이터센터를 구축하고 심층 해수를 냉각 매체로 활용하는 육상-해수 취수 방식(Land-based Seawater Cooling)은 육상 인프라의 안정성과 해양 자원의 열역학적 이점을 결합한 대표적인 해양 냉각 적용 모델이다. 이 방식은 대기 온도에 의존하는 기존의 기계식 공랭 시스템과 달리, 연중 비교적 일정한 저온을 유지하는 해수의 열용량을 활용하여 냉동기 가동 비율을 낮추고 보조 냉각 전력 소모를 최소화하는 구조를 갖는다40,46).
이러한 설계 개념이 실증된 사례로는 구글(Google)의 핀란드 하미나(Hamina) 데이터센터가 있다. 해당 시설은 과거 제지 공장에서 사용되던 해수 취수 터널 인프라를 재활용하여 발트해의 저온 해수를 직접 냉각수로 도입하는 시스템을 구축하였다. Fig. 3은 하미나 데이터센터에 설치된 해수 냉각 플랜트의 전경을 나타낸다47). 해당 설비는 해수를 직접 냉각 매체로 활용하는 열교환 인프라를 포함하며, 데이터센터의 열관리 시스템과 통합된 구조로 설계되어 있다. 이러한 해수 기반 냉각 전략은 대규모 기계식 냉각 설비에 대한 의존도를 낮추면서도 서버 장비의 운용 온도를 안정적으로 유지할 수 있도록 한다48).
2025년 구글의 기술 보고에 따르면, 하미나 데이터센터의 최근 12개월 누적(Trailing Twelve Months, TTM) 평균 PUE는 약 1.09로 보고되었다47). Table 1에 제시된 바와 같이, 2018년부터 2025년까지 해당 시설의 연간 평균 PUE는 1.09 ~ 1.10 범위 내에서 안정적으로 유지되고 있다. 이는 해수 기반 냉각 설계가 장기간에 걸쳐 일관된 에너지 효율을 확보하고 있음을 보여준다. 또한 업계 평균 PUE 1.54와 비교할 경우, 동일한 IT 부하 기준으로 요구되는 부가 전력이 약 29% 낮은 수준에 해당하며, 이는 냉각 및 전력 인프라 효율 개선 효과를 정량적으로 뒷받침한다43).
Table 1
Annual PUE Performance of Hamina Data Center (2018-2025)47)
| Year | Quarterly Average PUE | Year-end TTM PUE |
| 2018 | 1.09 | 1.09 |
| 2019 | 1.09 | 1.09 |
| 2020 | 1.09 | 1.09 |
| 2021 | 1.09 | 1.09 |
| 2022 | 1.09 | 1.09 |
| 2023 | 1.09 | 1.09 |
| 2024 | 1.10 | 1.10 |
| 2025 | 1.09 | 1.10 |
그러나 육상-해수 취수 방식은 입지 조건에 대한 의존성이 크다는 구조적 한계를 가진다. 냉각 효율을 확보하기 위해서는 해안가 인접 지역에 대규모 부지를 확보해야 하며, 이는 높은 토지 비용과 환경 규제로 인해 하이퍼스케일급 시설 확장에 제약 요인으로 작용할 수 있다. 또한 해수를 육상 설비까지 취수·이송하는 과정에서 대형 취수 펌프의 지속적인 전력 소모가 발생하므로, 이론적 효율 한계에 접근하는 데 물리적 제약이 존재한다49).
(2) 부유식(Floating)
육상-해수 취수 방식의 입지 의존성과 취수 설비 구동에 따른 보조 전력 소모를 완화하기 위한 대안으로, 부유식(Floating) 데이터센터 개념이 제안되었다. 본 모델은 데이터센터 인프라를 바지선(Barge) 또는 대형 부유 구조물 상부에 구축하여 해수면 위에 배치하는 구조를 취한다. 이러한 해상 배치형 데이터센터는 공간 제약을 완화하고 모듈화·예인 방식의 확장을 가능하게 하는 차세대 인프라 모델로 논의되고 있다50). 냉각 시스템 관점에서 부유식 시스템은 취수 거리가 상대적으로 짧고, 수체와의 직접 열교환이 가능하다는 점에서 육상-해수 취수 방식 대비 보조 동력 부담을 줄일 수 있는 구조적 가능성을 가진다51).
상업적 실증 사례로는 미국 캘리포니아주 스탁턴(Stockton) 항에 설치된 Nautilus의 Stockton 1 데이터센터가 있다. 공개된 기술 자료에 따르면, 본 설비는 항만 수역의 수체를 열 싱크로 활용하는 수냉 기반 열교환 구조를 적용하여 기계식 냉동 설비의 의존도를 낮추도록 설계되었다. 또한 데이터 홀 내부는 폐쇄형 냉각 루프를 채택하여 냉각수가 IT 장비와 직접 접촉하지 않도록 구성되어 있으며, 연중 ASHRAE A1 온도 기준(일반 IT 장비의 권장 운전 온도 범위)을 유지하는 것으로 보고된다. 회사 측 자료에 따르면 해당 시설의 PUE는 약 1.15 수준으로 제시된 바 있으며, 이는 기존 육상 데이터센터 대비 부가 전력 소비를 저감할 수 있음을 시사한다52). 다만, 본 사례는 개방 해역이 아닌 하천 기반 항만 수역에 위치하고 있어, 심층 해수의 열적 특성을 직접 활용하는 해양 데이터센터 모델과는 적용 환경 측면에서 차이가 존재한다.
Fig. 4는 바지선 기반 부유식 데이터센터의 개념적 구조와 해안 인접 수역에서의 배치 예시를 나타낸다. Fig. 4에 나타난 바와 같이, 부유식 모델은 수면 위 노출 구조라는 특성상 조석 변동, 파랑(Wave), 폭풍 및 태풍 등 해양 동역학적 외력에 영향을 받을 수 있다. 이러한 환경 조건은 구조 피로, 진동 관리, 장기적 기계적 신뢰성 측면에서 추가 설계 고려를 요구한다. 또한 수면층 해수는 태양 복사 및 대기 조건의 영향을 크게 받아 심층수 대비 온도 변동 폭이 크므로, 계절적 냉각 성능 변동성이 발생할 가능성이 존재한다.
(3) 수중 침수식(Underwater)
수면층의 온도 변동성과 기상 외란의 영향을 최소화하기 위한 대안으로, 서버 모듈을 고압 내압 용기에 밀봉하여 해저에 설치하는 수중 침수식(Underwater) 데이터센터 개념이 제안되었다. Fig. 5는 Microsoft의 Project Natick에서 적용된 원통형 압력 용기 구조를 나타낸다53). Fig. 5(a)는 밀폐된 원통형 내압 용기의 상부 전경을 보여주며, 외부 해수와 차단된 독립 구조임을 확인할 수 있다. Fig. 5(b)는 회수 이후 내부 서버 랙 모듈이 용기 외부로 인출된 상태를 나타내며, 모듈화된 랙 구성이 압력 용기 내부에 일체형으로 배치되어 있음을 보여준다.
해당 실증 시스템은 스코틀랜드 오크니 제도 인근 해저 약 35 m 수심에 배치되어 약 2년간(2018 ~ 2020) 운용되었으며, 하나의 압력 용기 내부에 총 864대의 서버가 탑재되었다53). 내부는 질소(N2)로 충진된 밀폐 환경으로 유지되었고, 운용 기간 동안 인적 개입 없이 자율적으로 운영되었다. 공개된 실증 결과에 따르면, 동기간 비교된 육상 데이터센터 대비 서버 고장률은 약 1/8 수준으로 보고되었으며, 이는 저산소 환경, 외부 오염원 차단, 인적 출입에 따른 물리적 교란 최소화 등이 복합적으로 작용한 결과로 해석된다.
Fig. 5
External and internal configuration of the pressure-resistant vessel used in Microsoft’s Project Natick53). (a) Top view of the sealed vessel; (b) Server rack modules extended outward from the vessel during retrieval
열관리 측면에서 Project Natick 시스템은 서버 모듈 내부의 폐쇄형 액체 냉각 루프와 압력 용기 외벽을 통한 해수와의 열교환 구조를 채택하였다. 이러한 간접 열교환 방식은 해저 환경의 높은 열용량과 비교적 안정적인 수온 조건을 활용하여 기계식 냉동 설비 의존도를 낮추도록 설계되었다41). Microsoft가 보고한 바에 따르면, 해당 실증 시스템의 평균 PUE는 약 1.07 수준으로 나타났으며, 이는 보조 냉각 동력 요구를 구조적으로 저감한 열관리 설계와 연관된 결과로 해석된다53).
그러나 수중 침수식 모델은 고신뢰성 압력 용기 설계와 해상 설치 장비를 필요로 하며, 운용 중 물리적 접근이 제한된다는 유지관리상의 제약을 내포한다41). 따라서 열적 이점과 운영 리스크 간의 균형 확보가 상용화 단계에서의 핵심 고려 요소로 남는다.
3.3 냉각 성능 보완을 위한 외부 냉열원 연계
수중 데이터센터(UDC)의 냉각 성능과 경제성은 설치 수심, 해역의 수온 특성, 그리고 주변 에너지 인프라와의 연계 구조에 따라 달라질 수 있다. 일반적으로 수심이 깊고 연중 수온 변동 폭이 작은 해역에서는 해수의 높은 열용량과 안정적인 열적 조건을 직접 활용할 수 있어 냉각 효율 확보에 유리하다38,54). 반면, 수심이 얕거나 계절적·조석 영향으로 수온 변동이 큰 연안 지역에서는 자연 해수만으로 고전력 밀도 서버의 열부하를 안정적으로 제어하는 데 제약이 발생할 가능성이 있다.
이러한 조건에서는 자연 해수 냉각을 보완할 수 있는 외부 냉열 자원의 연계가 하나의 기술적 대안으로 검토될 수 있다. 예를 들어, LNG 인수기지에서 발생하는 기화 냉열은 산업적으로 이미 회수·활용 기술이 연구되어 온 대표적인 저온 에너지 자원이다55,56). LNG는 약 -162℃의 극저온 상태로 저장·운송되며, 기화 과정에서 상당한 냉열을 방출한다56). 이 냉열을 데이터센터 냉각 루프와 열적으로 연계할 경우, 연안 지역에서도 추가적인 보조 냉각원을 확보함으로써 열부하를 분산시키는 효과를 기대할 수 있다. 또한 탄소 포집·활용·저장(CCUS) 공정에서 발생하는 액화 이산화탄소(LCO2)의 기화 과정 역시 잠재적인 냉열 자원으로 고려될 수 있다57). LCO2의 기화 과정에서 발생하는 저온 에너지는 LNG 냉열과 유사한 열역학적 특성을 가지며, 향후 산업단지 단위의 에너지 통합 설계가 이루어질 경우 데이터센터 냉각 시스템과의 연계 가능성을 모색할 수 있다.
종합적으로, 수중 데이터센터의 냉각 전략은 설치 수심과 해역의 열적 특성에 따라 상이한 성능을 보일 수 있으며, 연안 지역에서는 자연 해수 냉각만으로 충분한 열 관리가 어려운 경우도 존재할 수 있다. 이러한 조건에서 LNG 냉열이나 CCUS 공정 냉열과 같은 산업 부산 에너지 자원의 연계는 보완적 냉각 수단으로 기능할 가능성이 있다. 따라서 지역별 해양 환경 특성과 인접 산업 인프라를 함께 고려한 통합적 열관리 접근은 향후 수중 데이터센터 설계에서 검토 가치가 있는 전략으로 판단된다.
4. 수중 데이터센터와 On-site 에너지 자립 모델
4.1 수도권 데이터센터 입지 제약과 전력 계통 구조의 한계
데이터센터는 네트워크 지연을 최소화하고 유지보수와 같은 서비스 품질을 유지하기 위해 대규모 트래픽이 발생하는 메트로폴리탄 인근에 집적되는 경향을 보인다. 북버지니아, 프랑크푸르트와 같은 글로벌 허브 지역이 대표적 사례이며, 국내에서도 데이터센터의 상당수가 수도권에 집중되어 있다4,5,10). 이러한 공간적 집중은 토지 비용 상승, 주민 수용성 문제, 그리고 신규 전력 설비 수용 한계와 같은 물리적 제약을 동반한다.
최근에는 정책적 요인까지 결합되면서 수도권 중심의 확장 전략은 구조적 한계에 직면하고 있다. 2024년 시행된 ｢분산에너지 활성화 특별법｣은 전력 계통 부담 완화를 목적으로 대규모 전력 소비 설비에 대해 전력계통영향평가를 의무화하였다58). 전력 자급률이 낮은 지역에 신규 대규모 수요 설비가 진입할 경우 계통 수용 여건에 따라 제한 또는 비용 부담이 발생할 수 있도록 제도화함으로써, 중앙집중형 수요 확대에 대한 제약을 명확히 하고 있다. 이는 발전 설비가 집중된 동·남해안 지역에서 생산된 전력을 장거리 송전망을 통해 수도권으로 공급하는 기존 구조가 점차 지속 가능성을 상실하고 있음을 의미한다17,59).
더불어 송배전 과정에서 발생하는 계통 손실 또한 무시하기 어렵다. 국내 송배전 손실률은 약 3% 중반 수준으로 보고되고 있으며, 대규모 데이터센터와 같은 고부하 설비의 경우 이는 연간 수십 GWh 규모의 에너지 손실로 환산될 수 있다60). 이러한 손실은 단순한 전력 낭비를 넘어 추가 발전 수요와 간접적 탄소 배출 증가로 이어질 가능성을 내포한다.
결과적으로, 수도권 내 데이터센터 확장은 물리적 부지 한계와 계통 포화, 그리고 분산에너지 정책이라는 다층적 제약 환경 속에서 점차 제도적·기술적 부담이 증가하는 구조에 놓여 있다. 이러한 조건에서는 기존과 같이 외부 전력망에 전적으로 의존하는 방식만으로는 장기적 확장성과 경제성을 동시에 확보하기 어렵다. 따라서 전력 생산과 소비의 공간적 분리를 완화하고, 최소한 일부 부하를 현장에서 직접 충당하는 On-site 에너지 자립 전략은 선택적 보완 수단이 아니라 구조적 대안으로 재검토될 필요가 있다.
4.2 해양 분산형 On-site 에너지 연계 모델
수도권 인접 해역에 수중 데이터센터(UDC)를 배치하는 전략은 해수의 높은 열용량과 비교적 안정적인 열적 조건을 활용함으로써 냉각 전력을 구조적으로 저감할 수 있다는 점에서 의미를 가진다40,46). 그러나 수도권 전력 계통의 물리적 포화 문제를 실질적으로 완화하기 위해서는 냉각 효율 향상에 그치지 않고, 데이터센터 전력 수요의 일부를 현장에서 자체적으로 충당할 수 있는 에너지 공급 방식이 병행될 필요가 있다.
이에 본 연구는 해역의 수직 공간을 다층적으로 활용하는 On-site 에너지 자립 모델을 제안한다. 제안 모델은 수중 태양광(Underwater Photovoltaics, UWPV)을 중심으로, 해수면 상부의 해상풍력 및 수상 태양광(Floating Photovoltaics, FPV)과 수중 영역을 동시에 활용하는 입체적 발전 구조를 지향한다. 기존 해상풍력이나 FPV가 주로 해수면 상부 공간에 설치되는 것과 달리, UWPV는 부유체 하부의 수중 공간까지 발전 영역으로 포함시킴으로써 동일 해역 내 에너지 생산 밀도를 확장할 수 있다. 이는 제한된 연안 해역에서의 공간 활용 효율을 제고하기 위한 전략적 접근이라 할 수 있다.
Fig. 6은 UDC, UWPV, FPV 및 해상풍력을 통합 배치한 하이브리드 On-site 에너지 플랫폼의 개념을 나타낸다. 본 구성에서는 상부 발전 설비(풍력·FPV)와 수중 발전 설비(UWPV)를 인접한 UDC와 연계하여, 생산된 전력을 현장에서 직접 활용하는 방식을 전제로 한다. 이러한 현장 소비 구조는 육상 송전망을 경유하는 과정을 축소함으로써 송전 손실을 줄이고, 수도권 계통에 추가적인 부하를 가중시키지 않는 운영 방식을 가능하게 한다.
종합하면, 제안된 모델은 UDC를 통한 냉각 전력 저감과 해역의 입체적 활용을 기반으로, 발전과 소비를 동일 공간에서 연계하는 분산형 해양 데이터 인프라 전략으로 정리될 수 있다. 이는 중앙집중형 전력 공급 체계에 대한 의존도를 완화하면서, 수도권 인접 지역에서의 데이터 인프라 확장 가능성을 기술적으로 모색하는 하나의 대안적 접근으로 해석될 수 있다.
4.3 시나리오 기반 정량 분석 및 에너지 자립 가능성 평가
수중 데이터센터(UDC)와 On-site 재생에너지 연계 모델의 실질적 효과를 평가하기 위해, 본 연구에서는 25 MW급 IT 부하의 중대형 데이터센터를 기준 시나리오로 설정하였으며, 육상 기준 데이터센터와 UDC 구조의 에너지 소비 특성을 비교하였다. 또한 해양 재생에너지의 직접 공급이 결합되는 경우, 외부 계통 의존 전력과 간접 탄소배출량의 변화 양상을 함께 분석하였다.
정량 분석에 사용된 주요 Baseline 입력값은 Table 2에 정리하였다. 육상 기준 데이터센터의 전력효율지수는 PUEOn = 1.44로 설정하였으며, 이는 20 MW급 이상 대형 데이터센터의 평균 연간 PUE를 반영한 값이다43). UDC 구조의 전력효율지수는 PUEUDC = 1.10으로 가정하였으며, 이는 해수 기반 냉각이 적용된 고효율 운전 조건을 가정한 목표 시나리오 값이다53). 연간 운전시간은 데이터센터의 상시 운전 특성을 고려하여 연중 365일 연속운전을 기준으로 t = 8760 h/yr로 설정하였다. 또한 외부 전력망 사용에 따른 송배전 손실은 국내 전력 계통의 평균 수준을 반영하여 ηTD = 3.5%로 적용하였고, 간접 탄소배출 산정을 위한 계통 CO2 배출계수는 국내 전력 배출계수를 반영하여 EFgrid = 0.4 kgCO2/kWh로 적용하였다60,61).
Table 2
Baseline input parameters used in the scenario-based quantitative analysis
| Parameter | Symbol | Value | Source/Basis |
| IT load of reference data center | PIT | 25 MW | [4] |
| PUE of conventional onshore data center | PUEOn | 1.44 | [43] |
| PUE of underwater data center(UDC) | PUEUDC | 1.10 | [53] |
| Annual operating time | t | 8760 h/yr | Assumed in this study |
| Power transmission and distribution loss | ηTD | 3.5% | [60] |
| Grid CO2 emission factor | EFgrid | 0.4 kgCO2/kWh | [61] |
| On-site renewable electricity supply ratio | ron | 0 ~ 1 | Assumed in this study |
데이터센터의 총 시설 전력 Ptotal은 IT 부하 PIT와 PUE의 곱으로 정의되며, 이는 식(3)과 같다43).
연간 총 전력소비량 Eannual은 총 시설 전력과 연간 운전시간의 곱으로 계산되며, 식(4)와 같이 나타낼 수 있다.
이에 따라 육상 기준 데이터센터와 UDC 구조의 연간 총 전력소비량은 각각 식(5) 및 식(6)으로 표현된다.
PIT = 25 MW를 적용할 경우, 육상 기준 데이터센터의 총 시설 전력은 36 MW이며, 연간 총 전력소비량은 약 315.4 GWh/yr로 산정된다. 반면 UDC 구조를 적용할 경우 총 시설 전력은 27.5 MW, 연간 총 전력소비량은 약 240.9 GWh/yr로 감소한다. 이는 동일한 IT 부하 조건에서 약 74.5 GWh/yr 규모의 전력 절감이 가능함을 의미하며, 해수 기반 냉각을 통한 PUE 개선이 데이터센터의 총 에너지 소비 저감에 실질적으로 기여할 수 있음을 보여준다.
해양 On-site 전원 연계 효과를 정량적으로 검토하기 위해, 재생에너지의 면적당 연간 발전량을 기준으로 공급 가능 수준을 산정하였다. 태양광의 경우 1 km2 규모의 설비는 연간 약 66.4 GWh의 전력 생산이 가능하며, 이는 본 연구의 UDC 기준 시나리오에서 산정된 연간 총 전력소비량 240.9 GWh/yr의 약 27.6%에 해당한다62,63,64). 즉, 지상형 태양광만으로 약 27.6% 수준의 공급 비율을 확보하려면 1 km2 규모의 부지가 요구된다. 해상풍력의 경우에도 5 km2 규모의 설비에서 연간 약 61.3 GWh의 전력 생산이 가능하며, 이는 약 25.5%의 On-site 공급 비율에 해당한다65,66). 이러한 결과는 단일 전원만으로도 25 MW급 UDC의 총 소비전력 중 약 20 ~ 30% 수준을 직접 공급할 수 있음을 보여준다. 그러나 지상형 태양광은 일정 수준 이상의 공급 비율을 확보하기 위해 상당한 면적을 필요로 하므로, 기존 데이터센터가 직면한 입지 및 부지 확보 문제를 근본적으로 해소하기에는 한계가 있다. 반면 FPV와 UWPV를 함께 적용할 경우 동일 해역의 상부, 수면, 수중 공간을 입체적으로 활용할 수 있으므로, 지상형 태양광 의존도를 낮추면서 보다 높은 On-site 공급 비율을 달성할 수 있다. 따라서 해양형 On-site 에너지 자립 모델에서 FPV와 UWPV의 병행 적용은 제한된 공간 조건에서 에너지 자립도를 높이기 위한 유효한 대안으로 볼 수 있다.
On-site 재생에너지 공급 비율을 ron이라 할 때, 외부 계통으로부터 조달되는 전력량 Egrid는 식(7)과 같이 정의된다.
해양 재생에너지의 On-site 공급 비중이 증가할수록 외부 계통 의존 전력은 이에 비례하여 감소한다. 앞서 산정한 바와 같이, 단일 전원 기준으로도 ron은 약 0.25 ~ 0.28 수준까지 확보될 수 있다. 이를 식(7)에 적용하면, 외부 계통 의존 전력은 약 174 ~ 179 GWh/yr 수준으로 감소한다. 이는 UDC 구조가 총 소비전력을 줄이는 동시에, 해양 On-site 전원 연계가 외부 계통 의존도를 추가적으로 낮출 수 있음을 의미한다.
이러한 외부 계통 의존 전력의 감소는 간접 탄소배출량 저감으로도 이어진다. 외부 계통 의존 전력에 따른 연간 간접 탄소배출량 Cannual은 계통 CO2 배출 계수 EFgrid를 이용하여 식(8)과 같이 계산할 수 있다61).
이에 따라 UDC 구조의 도입만으로도 육상 기준 데이터센터 대비 간접 탄소배출 저감 효과가 기대되며, 해양 재생에너지의 직접 공급이 추가될 경우 탄소 저감 효과는 더욱 확대될 수 있다. 앞서 제시한 ron ≈ 0.25-0.28 조건에서는 연간 간접 탄소배출량이 약 7.0 ~ 7.2만 tCO2/yr 수준으로 산정되며, 이는 육상 기준 데이터센터와 비교할 때 유의미한 저감 효과에 해당한다. 또한 발전과 소비가 동일 해역 또는 인접 해역에서 이루어지는 구조는 장거리 전력 전달을 줄일 수 있으므로, 송배전 손실과 계통 부담을 완화하는 측면에서도 장점을 가진다.
4.4 기술적 타당성, 운용 안정성 및 경제성 고려사항
앞 절의 정량 분석은 해양형 On-site 에너지 자립 구조의 적용 가능성을 시나리오 조건에서 평가한 결과이다. 그러나 실제 적용을 위해서는 에너지 절감 효과만으로 충분하지 않으며, 해양 환경에서의 구조적 안정성, 장기 운용 신뢰성, 전력 공급 연속성, 유지관리 접근성, 그리고 경제성까지 함께 고려되어야 한다. 특히 본 논문에서 제안한 통합 구조는 해양구조물, 전력설비, 냉각시스템이 복합적으로 결합된 형태이므로, 개별 기술의 성능뿐 아니라 시스템 수준의 통합 운용 가능성까지 포함하여 평가할 필요가 있다.
먼저, 수중 데이터센터(UDC)와 수중 태양광(UWPV)은 장기간 해양 환경에 노출된다는 공통적 특성으로 인해 구조적 안정성과 재료 내구성 확보가 핵심 과제로 작용한다53,67,68). 해수는 고염분 전해질 환경을 형성하므로, UDC의 경우 내압 용기의 실링 무결성, 용접부 신뢰성, 내식성 소재 선택이 필수적이며, 미세한 밀폐 결함도 장기 운용 시 부식이나 절연 파괴로 이어질 수 있다69,70). 또한 열교환 표면에는 생물 부착(biofouling)과 스케일 형성이 발생할 수 있어, 이는 열전달 성능 저하로 연결될 가능성이 있다71,72). UWPV 역시 완전 침수 조건에서 수분 및 염분 침투에 대한 차단 성능이 중요하며, 기존 지상 태양광에 적용되는 봉지 구조보다 강화된 저투습 봉지재와 구조적 보강 설계가 요구된다73). 아울러 수압과 유동 하중에 대한 기계적 안정성, 해수의 높은 전기전도도를 고려한 절연 설계, 그리고 광투과 저하를 유발하는 생물 부착 억제를 위한 투명 방오 기술 등이 병행되어야 한다.
전력 공급 측면에서는 재생에너지의 간헐성과 출력 변동성이 주요 고려 사항으로 작용한다63). 24시간 연속 운전이 필수적인 데이터센터의 특성상, 기상 조건에 의존하는 재생에너지는 전력 수급의 불확실성을 증가시킬 수 있다4,41). 따라서 ESS와의 연계를 강화하거나, 해상풍력, FPV, UWPV 등 복수의 전원을 결합한 하이브리드 발전 구성을 통해 전력 공급의 연속성을 확보하는 전략이 필요하다. 즉, 해양형 On-site 자립 구조의 실효성은 개별 발전원의 설치 가능성뿐 아니라 전력 수급 최적화 및 제어 전략과 유기적으로 결합될 때 확보될 수 있다74).
또한 실제 해역에서의 운용 조건은 시스템의 실효 성능과 경제성에 직접적인 영향을 미치는 변수로 작용한다. 수심, 유속, 파랑, 해저 지반, 하중, 유지관리 접근성 등의 조건은 구조적 안정성뿐 아니라 설비 방식, 냉각 운전 조건, 유지관리 전략에도 영향을 미친다53,69,70,71,72). 특히 다양한 해양 환경 조건에 부합하는 전력용량과 구조 규모가 적절히 설계되지 않을 경우, PIT 이외의 냉각 및 보조설비 전력과 설치·운용 비용이 증가할 수 있으며, 이는 결과적으로 실효 PUE 상승으로 이어질 가능성이 있다40,41,46). 실효 PUE의 상승은 앞 절에서 제시한 소비전력 절감 효과를 약화시키는 요인으로 작용하며, 동시에 추가적인 냉각 에너지와 유지관리 부담을 초래하여 장기 운용비에도 영향을 줄 수 있다. 해양 구조물의 설치 방식과 비용 역시 대상 해역의 조건에 따라 크게 달라질 수 있으므로, 통합 구조의 타당성은 정격 조건의 성능만으로 판단하기 어렵다. 따라서 실제 해역에서의 운용 조건은 유지관리성, 경제성, 주변 해양 생태계에 미치는 영향 등을 함께 고려하는 관점에서 검토될 필요가 있다53,69,70,71,72).
한편 밀봉형 UDC 구조는 운용 및 유지관리 측면에서 일정한 잠재적 이점을 가질 수 있다. 예를 들어, 밀폐형 무인 운전 환경은 외부 습기와 오염원의 유입을 줄이고 현장 유지관리 빈도를 낮출 가능성이 있으며, 이는 장기적으로 운용 안정성과 유지관리 효율 측면에서 유리하게 작용할 수 있다53). 다만 이러한 장점이 실제 경제성으로 이어지는지는 적용 해역, 구조 규모, 유지관리 방식에 따라 달라질 수 있으므로, 후속 연구에서는 설치비와 운용비 분석을 포함한 경제성 검토가 병행될 필요가 있다.
5. 결 론
본 논문에서는 인공지능(AI)의 발전 가속화에 따른 데이터센터의 전력 소비 급증과 수도권 내 부지 및 전력 계통 포화 문제를 해결하기 위해, 수중 태양광(UWPV)을 핵심 발전원으로 하는 수중 데이터센터(UDC) 기반의 On-site 에너지 자립 모델을 제안하고 그 기술적 타당성을 분석하였다.
기술적 측면에서 본 통합 시스템은 수중 환경이라는 공통의 물리적 공간을 활용하여 에너지의 생산과 소비 효율을 동시에 극대화하는 상호보완적 메커니즘을 확인하였다. 생산 측면에서의 UWPV는 수중 환경이 제공하는 열적, 광학적 이점을 복합적으로 활용하여 발전 성능을 최적화한다. 수중의 저온 환경이 태양광 모듈의 온도 상승을 억제하여 열화에 의한 효율 저하를 방지함은 물론, 물을 매질로 활용하여 부가적인 광학적 이득을 확보함으로써 육상 대비 발전 효율을 향상시킬 수 있음을 확인하였다32,33,34,35,36,37). 이러한 고효율 발전원과 연계되는 소비 측면에서의 UDC는 해수의 높은 열용량을 이용한 자연 냉각 방식을 통해 데이터센터 전체 전력의 약 30%를 차지하는 냉각 부하를 물리적으로 줄일 수 있다2,40,42,46). 즉, UWPV를 통한 생산 효율 증대와 UDC를 통한 소비 부하 저감이 결합됨으로써, 제한된 수역 내에서도 데이터센터 운용에 필요한 전력을 안정적으로 수급할 수 있는 독립 전원으로의 기술적 기반이 형성된다.
입지적 및 정책적 측면에서 본 모델은 전력 생산지와 소비지의 지리적 불일치를 해소하는 현실적인 대안을 제시한다. 수도권 인접 해역의 유휴 수면을 활용한 발전 단지는 육상 부지 확보의 한계를 극복함과 동시에, 대수요처와 인접하여 네트워크 지연을 최소화할 수 있는 이점을 지닌다. 또한 발전 설비와 데이터센터를 공간적으로 연계함으로써 전력의 생산과 소비를 동일 권역 내에서 처리할 수 있어, 에너지 공급의 효율성과 입지 활용성을 동시에 높일 수 있다. 특히 생산된 전력을 육상 송전망을 거치지 않고 데이터센터로 직접 공급하는 방식은 장거리 송전에 따른 전력 손실을 원천 차단하고, 최근 시행된 분산에너지 활성화 특별법 등 계통 포화에 따른 수도권 진입 규제에 유연하게 대응할 수 있는 가능성을 보여준다16,58,60).
다만 본 모델의 안정적인 상용화를 위해서는 수중 환경의 고압 및 염분 조건에 대응할 수 있는 고내구성 봉지(Encapsulation) 기술과 해양 생물 부착 방지를 위한 친환경 방오 등 핵심 요소 기술에 대한 지속적인 연구 성과가 요구된다67,68,69,70,71,72,73). 또한 실제 적용을 위해서는 구조적 안정성, 장기 신뢰성, 유지관리 접근성, 전력 수급 제어, 경제성 등을 포함한 통합적 검토가 병행될 필요가 있다. 이러한 기술적 과제들이 단계적으로 해결된다면, UWPV와 UDC가 결합된 통합 플랫폼은 탄소 중립과 수도권 데이터센터 인프라 확충이라는 양립하기 어려운 과제를 동시에 해결할 수 있는 지속 가능한 도심형 해양 에너지 모델로서, 향후 글로벌 에너지 전환과 국가 전력망 안정화에 기여할 것으로 기대된다.
