용어집 — 효율·수요

데이터센터 전력수요는 서버, 저장장치, 네트워크 장비와 이들을 식히는 냉각설비가 소비하는 전력을 말한다. 순간적으로 얼마나 많은 전기를 끌어쓰는지는 MW(메가와트) 단위의 용량으로 표현하고, 1년 동안 실제로 쓴 전력량은 TWh(테라와트시) 단위로 집계한다. 이 둘은 다른 개념으로, MW는 계통 접속용량과 변전소 설계를 좌우하고 TWh는 연간 발전량 확보와 온실가스 배출량 산정에 쓰인다. 데이터센터는 24시간 거의 일정한 부하로 운전되기 때문에 이용률이 높아 같은 MW의 다른 부하보다 연간 TWh가 크게 나온다. 실무에서는 신규 데이터센터의 계통 접속 신청 용량(MW), 지역별 송전망 여유, 연간 소비전력량(TWh) 전망이 함께 검토된다.

예시 — 접속용량 100 MW인 데이터센터가 연평균 부하율 80%로 운전되면 연간 전력량은 100 MW x 8,760시간 x 0.8 = 700,800 MWh, 즉 약 0.7 TWh가 된다. 같은 100 MW라도 하루 8시간만 돌아가는 공장이라면 연간 약 0.29 TWh에 그친다.

관련: 전력사용효율(PUE) · 계통접속 · 부하율

에너지공급자 효율향상 의무화(EERS)는 전기·가스·열 등을 판매하는 공급사업자에게 자기 판매량의 일정 비율에 해당하는 에너지 절감량을 매년 달성하도록 부과하는 제도다. 공급자는 고효율 기기 교체 지원, 건물 단열 개선, 산업 설비 효율화 같은 수요 측 사업을 시행하고, 그로 인해 줄어든 사용량을 절감 실적으로 인정받는다. 발전소를 더 짓는 대신 수요를 줄여 같은 효과를 내는 접근이라는 점에서 수요관리 정책의 하나로 분류된다. 핵심 쟁점은 측정·검증(M&V)으로, 사업이 없었다면 얼마나 썼을지를 가정한 기준선(baseline) 대비 절감량을 산정해야 하므로 표준화된 산정 방법론이 필요하다. 절감 실적은 전력량(kWh, MWh)이나 석유환산톤(toe) 단위로 집계한다. 의무 비율과 대상 사업자, 인정 방법론은 소관 부처 고시로 정해지며 시기에 따라 조정된다.

예시 — 연간 판매량이 100,000 MWh 인 전기판매사업자에게 판매량의 0.2% 절감 의무가 부과되었다면, 그 해 달성해야 할 절감량은 100,000 x 0.002 = 200 MWh 다. 이 사업자가 고효율 조명 교체 사업으로 연간 120 MWh, 노후 전동기 교체로 90 MWh 를 절감했다면 합계 210 MWh 로 의무량을 충족한 것으로 산정된다.

관련: 수요관리(DSM) · 측정·검증(M&V) · 고효율기기 보급사업

열병합발전(CHP)은 하나의 연료 투입으로 전기와 열을 동시에 생산하는 발전 방식이다. 일반 발전소는 연료 에너지의 상당 부분을 폐열로 버리지만, 열병합발전은 그 폐열을 증기나 온수 형태로 회수해 난방이나 산업 공정에 공급한다. 전기만 생산할 때보다 연료 1단위당 얻는 유효 에너지가 커지므로 종합효율이 높아진다. 다만 회수한 열을 실제로 쓸 수요처가 가까이 있어야 효과가 나므로, 도시 인근이나 산업단지에 주로 설치된다. 실무에서는 전기 출력(MW)과 열 출력(Gcal/h 또는 MWth)을 함께 표기하며, 전력수요와 열수요 중 무엇에 맞춰 운전할지(전주도 운전 / 열주도 운전)가 운영의 핵심이다.

예시 — 전기 출력 100 MW, 열 출력 120 MWth 인 가스 열병합 설비가 연료를 열량 기준 300 MW 로 투입한다고 하면, 전기효율은 100/300 = 33%, 열효율은 120/300 = 40%, 종합효율은 (100+120)/300 = 약 73% 로 계산된다. 이 설비가 1시간 정격 운전하면 전력량 100 MWh 와 열 120 MWh 를 생산한다.

관련: 지역난방 · 종합효율 · 집단에너지사업

전력사용효율(PUE)은 데이터센터 전체가 쓴 전력량을 IT장비가 쓴 전력량으로 나눈 값이다. 값이 1에 가까울수록 냉각, 무정전전원장치(UPS) 손실, 조명 등 IT장비 외 부대설비에 들어가는 전력이 적다는 뜻이며, 정의상 1보다 작아질 수 없다. 분자와 분모가 모두 전력량(kWh 또는 MWh)이므로 PUE 자체는 단위가 없는 무차원 지표다. 냉각 방식, 외기 온도, IT장비 부하율에 따라 값이 달라지기 때문에 보통 1년치 전력량을 기준으로 계산한 연간 평균 PUE를 사용한다. 실무에서는 에너지 효율 목표 설정, 설비 개선 전후 비교, 데이터센터 간 성능 비교 지표로 쓰이며, 계약이나 인증에서 요구되기도 한다.

예시 — 1년 동안 데이터센터 전체가 26,280 MWh를 쓰고 그중 IT장비가 18,000 MWh를 썼다면 PUE는 26,280 / 18,000 = 1.46이다. 이 데이터센터가 냉각설비를 개선해 전체 소비를 23,400 MWh로 줄이면 PUE는 23,400 / 18,000 = 1.3으로 낮아진다.

관련: 데이터센터 전력수요 · 에너지효율 · 수전력사용효율(WUE)

제로에너지건축물(ZEB)은 단열과 고효율 설비로 건물이 쓰는 에너지를 최대한 줄이고, 남은 필요량을 태양광 같은 신재생에너지 설비로 충당해 연간 에너지 소비량을 최소화한 건축물이다. 핵심은 세 단계로, 먼저 단열과 창호 성능을 높여 열이 새는 것을 막고, 다음으로 고효율 조명과 열회수 환기 장치로 소비를 줄이며, 마지막으로 자체 생산 설비를 얹는 순서다. 국내에서는 건물의 에너지자립률에 따라 등급을 나누어 인증하는데, 자립률은 건물이 1년 동안 소비하는 에너지량 대비 자체 생산한 에너지량의 비율로 계산한다. 인증 등급 구간과 의무 적용 대상 건물의 범위는 관련 고시와 녹색건축물 조성 지원법에 따라 정해지고 개정되므로 설계 전에 현행 기준을 확인한다. 실무에서는 건축 인허가 단계에서 에너지 성능 평가를 함께 진행하고, 용적률 완화나 세제 지원 같은 인센티브 요건과 연결해 검토한다.

예시 — 어떤 사무용 건물이 1년에 1차 에너지 기준으로 100 kWh/m2를 소비하는데 옥상 태양광으로 연간 25 kWh/m2를 생산하면 에너지자립률은 25 ÷ 100 = 25%가 된다. 자립률을 높이려면 태양광을 더 얹는 방법도 있지만, 분모인 소비량 자체를 단열 보강으로 80 kWh/m2까지 낮추는 편이 대개 비용 효율이 높다.

관련: 에너지자립률 · 건물에너지관리시스템(BEMS) · 패시브하우스

지역난방은 한 곳의 열생산시설에서 만든 온수를 배관망으로 여러 건물에 보내 난방과 급탕에 쓰는 방식이다. 각 세대나 건물이 개별 보일러를 두는 대신 중앙에서 열을 만들어 나눠 쓰기 때문에, 개별 연소 설비와 그에 따른 배기가 아파트 단지 안에서 사라진다. 열원으로는 열병합발전소의 회수열, 소각장 폐열, 산업체 폐열, 첨두부하용 보일러 등이 쓰인다. 각 건물에는 열교환기와 열량계가 설치되어 사용한 열량(Gcal 또는 MWh) 만큼 요금이 부과된다. 배관 길이가 길수록 수송 중 열손실이 생기므로, 열수요가 밀집한 신도시나 대규모 단지에 적합하다.

예시 — 한 아파트 세대가 한 달간 열량계로 0.5 Gcal 를 사용했다면, 관리비의 난방비는 이 사용열량에 지역난방 열요금 단가(원/Gcal)를 곱해 산정되고 여기에 기본요금이 더해진다. 열요금 단가는 사업자별 요금표와 연료비 연동 규정에 따라 정해진다.

관련: 열병합발전(CHP) · 집단에너지사업 · 열교환기

히트펌프는 전기로 냉매를 압축·팽창시켜 낮은 온도의 열을 끌어올려 높은 온도의 공간으로 옮기는 장치다. 열을 만들어내는 것이 아니라 옮기는 것이므로, 투입한 전력량보다 더 많은 열을 공급할 수 있다. 이 성능을 나타내는 지표가 COP(성적계수)로, COP = 공급한 열에너지 / 투입한 전기에너지 로 정의되는 무차원 값이다. 전기 저항식 히터의 COP 가 1 인 데 비해 히트펌프는 조건에 따라 1 보다 크며, 바깥 공기가 차가울수록 끌어올려야 할 온도차가 커져 COP 는 낮아진다. 실무에서는 정격 조건의 COP 뿐 아니라 한 계절 전체 평균 성능을 나타내는 SCOP 나 냉방 기준 지표도 함께 본다. 건물 난방을 전기로 전환하는 수단으로 다뤄져 제로에너지건축물 설계에서 자주 등장한다.

예시 — COP 가 3.5 인 히트펌프에 전기 1 kWh 를 투입하면 3.5 kWh 에 해당하는 열을 실내에 공급한다. 같은 1 kWh 로 전기히터를 쓰면 1 kWh 의 열만 나오므로, 동일한 열량을 얻는 데 필요한 전력량이 약 1/3.5 로 줄어든다.

관련: COP(성적계수) · 제로에너지건축물(ZEB) · 지역난방