안이문(안정원, 문형진, 이해기)_Sub-Aquatic Data Center
인터넷 · 클라우드 · 모바일 데이터 트래픽의 폭발적인 성장으로, 기업의 서버와 스토리지를 설치하고 운영하는 데이터 센터의 수와 규모도 커지고 있다. 또한 클라우드 시장의 성장으로 기업들이 자체 데이터센터 투자를 줄이고 클라우드 서비스를 도입하기 시작, 이에 따라 클라우드 서비스 제공 기업들은 기존의 메가 스케일을 넘는 하이퍼 스케일 데이터 센터의 비중을 높이고 있다.
높은 모바일 전화기 보급률 · 인터넷 이용률, OECD 평균의 2배를 가볍게 넘는 유선 광인터넷 보급률 에 따라 국내의 데이터 센터 시장도 높은 공급 안정성의 고품질 전력과 저렴한 전기 요금을 바탕으로 크게 성장하고 있다. 또한 비대면 산업 성장 · 디지털화 · 자율 주행 및 UAM 기술 등의 정부 주도 신사업 촉진 등의 사회구조적 변화에 따라 인공지능 · 빅데이터 · IoT등 데이터 사용량이 증가하고, AI연산을 위해 고사양 · 고전력 서버를 수용할 수 있는 데이터 센터의 수요가 지속적으로 시장의 성장을 견인할 것으로 보인다.
대규모 고전력 데이터 센터의 급등으로 이들이 소비하는 전력에 대한 문제가 부각되기 시작했다. 이미 전 세계에서 운영하는 데이터센터의 전력 사용량은 프랑스 전체 전력 소비량을 넘어섰다. 그러나 AI 데이터센터 구축이 시작되며 데이터센터 전력 사용량은 2026년 전체 전력 사용량의 4.4%, 2030년에는 10.2%까지 계속해서 증가할 것으로 예상된다. 전 세계 데이터센터 중 3분의 1을 보유한 미국에서는 이미 데이터 센터가 미국 전체 전력의 4% 이상 소비하여 전력 고갈 현상의 원인으로 지목되고 있다.
데이터 센터의 에너지 사용 분포에 관한 여러 연구에 따르면, 전체 에너지 사용 중 약 50%를 컴퓨터 장비에, 40%를 냉방에 사용한다. 컴퓨터 장비에 사용되는 전력은 사용하는 반도체의 효율에 따라 정해지므로 대안이 적기 때문에, 데이터센터를 구축하는데 있어서 냉방 에너지에서 사용되는 전력을 줄이는 것을 위해 다양한 방식이 사용되고 있다. 대표적인 액티브 방식으로 서버를 비전도성 액체에 직접 담가 열을 식히는 액침냉각 방식, 강물을 수열원으로 하여 냉각시스템의 열교환 효율을 높이는 방식 등을 사용 · 연구하고 있다. 패시브 방식으로는 고위도 한랭 지방에서 열을 밖으로 쉽게 방출하여 냉방 부하 자체를 줄이는 방식 등이 사용된다. 이를 위해 글로벌 IT기업들이 냉방부하를 감소하기 위해 고위도 지역에 데이터 센터를 건립하고 있다.
액티브 방식과 패시브 방식은 동시 적용이 가능하므로, 전력 소모 절감을 위해서 두 방식을 모두 이용할 필요가 있다. 그러나 한국의 기후 특성상 패시브 방식은 거의 활용되지 않고, 활용되어도 제한적으로 외기를 도입하는 것 정도이다. 국내의 한 데이터센터의 냉방부하를 시뮬레이션 한 연구에 따르면, 데이터 센터의 냉방 부하는 외기온의 변화와 관계없이 연중 일정하다. 이처럼 국내에서는 외기와 단절되어 내부발열을 냉방으로 해결하는 방식이 적용되고 있다. 본 프로젝트에서는 한국 기후에서도 적용가능한 패시브 방식을 통해 냉방부하를 줄이고 전력 소모를 적게하는 데이터 센터를 바다속에 건립하고자 한다.
환경 설계는 계절별 자연광 측정을 통한 개폐식 돔구장 천장 개구부 설계 및 인공조명 자동화 시스템 구축을 목표로 하였다. 자연광 및 조명이 경기장과 관람석에 미치는 영향을 평균 조도, 균제도, 그리고 현휘(glare) 측면에서 시뮬레이션 분석을 진행하였다. 이로 인해 환경 설계의 목표를 달성함과 동시에 조명 자동화 시스템을 통한 유의미한 연간 조명 에너지 절감 효과도 기대할 수 있었다.
시공은 ‘사업 검토’와 ‘시공 계획’, 두 가지 영역에 대해 분석하였다. PFV를 통한 BTO사업에 적절한 사업구조도를 구성하고, 총사업비를 산정하여 필요 재원조달액을 산출하였다. 또한, 준공 이후 운영 시 발생하는 미래의 현금흐름을 바탕으로 여러 수익성 지표를 이용하여 사업타당성을 검토하였다. 공법에 대해서는 메가트러스의 적절한 시공법으로 ‘Lift-Up’공법을 선정하였으며 공정표를 계획하고, 주요 공정의 순서를 도식화하였다.
With the explosive growth of internet, cloud, and mobile data traffic, the number and scale of data centers where companies install and operate servers and storage are also increasing. Additionally, as the cloud market grows, companies are reducing their investments in their own data centers and adopting cloud services. Consequently, cloud service providers are increasing the proportion of hyperscale data centers, surpassing the existing mega-scale.
Due to the high penetration rate of mobile phones, high internet usage, and a broadband internet penetration rate that easily exceeds twice the OECD average, the domestic data center market is also growing significantly based on high-quality power supply stability and low electricity rates. Furthermore, social structural changes such as the growth of non-face-to-face industries, digitalization, and the promotion of new government-led businesses such as autonomous driving and UAM technology are increasing data usage such as AI, big data, and IoT. This is expected to continuously drive market growth with the demand for data centers that can accommodate high-performance, high-power servers for AI computing.
The rapid increase in large-scale high-power data centers has begun to highlight the issue of the electricity they consume. Already, the power consumption of data centers operating worldwide has surpassed the total electricity consumption of France. However, with the start of AI data center construction, the power consumption of data centers is expected to continue increasing, reaching 4.4% of total power consumption in 2026 and 10.2% in 2030. In the United States, which holds one-third of the world's data centers, data centers already consume more than 4% of the country's total electricity, being identified as a cause of power depletion.
According to various studies on the energy use distribution of data centers, about 50% of the total energy is used for computer equipment and 40% for cooling. Since the power used for computer equipment is determined by the efficiency of the semiconductors used, there are few alternatives. Therefore, various methods are being used to reduce the power used for cooling in the construction of data centers. Representative active methods include immersion cooling, where servers are directly submerged in non-conductive liquid to dissipate heat, and using river water as a cooling source to improve the heat exchange efficiency of the cooling system. Passive methods include reducing the cooling load itself by easily dissipating heat outside in high latitude cold regions. To this end, global IT companies are building data centers in high latitude regions to reduce the cooling load.
Since active and passive methods can be applied simultaneously, it is necessary to use both methods to reduce power consumption. However, due to the climate characteristics of Korea, passive methods are rarely used, and if used, are limited to introducing outside air. According to a simulation study of the cooling load of a data center in Korea, the cooling load of the data center is constant throughout the year regardless of changes in outside temperature. As such, in Korea, a method is applied where the internal heat is resolved through cooling, isolated from the outside air. In this project, we aim to build a data center under the sea to reduce the cooling load and minimize power consumption using a passive method that can be applied even in the Korean climate.