녹색에너지전략연구소는 2026년 이슈브리프를 통해 반도체 팹(Fab)과 AI 데이터센터(DC)로 대표되는 전력다소비산업의 급격한 확장이 국가 에너지정책의 핵심 의제로 부상하고 있다고 밝혔다. 이러한 산업은 단일 클러스터단위에서도 GW규모의 상시 전력수요를 발생시키며 입지가 △국가 전력수요구조 △송전망 투자방향 △계통 안정성 등에 직접적인 영향을 미치는 변수로 작용하고 있다.

최근 AI산업 활성화를 위해 전력계통영향평가를 완화하거나 면제하려는 정책 논의가 제기되고 있다. 하지만 보고서에서는 이러한 접근이 전력수요의 집중을 심화시키며 계통혼잡 및 송전망 투자부담을 확대할 수 있다고 경고한다.

AI산업 핵심, ‘24시간 무중단 가동’

▲ AI 데이터 센터의 전력 소비 구조 및 특성(출처: 녹색에너지전략연구소).

AI DC는 GPU기반 대규모 병렬 연산구조를 바탕으로 기존 DC대비 전력집약도가 크게 증가한 시설이다. IT 장비부하와 냉각부하가 높게 요구돼 단위면적당 전력밀도와 총 전력수요 규모 모두 기존 산업대비 크게 증가했다.

또한 IT장비·냉각시스템·전력인프라 전체가 전력전자기반으로 구성돼 무효전력 및 고조파 발생이 불가피하다. 이는 전압 안정성 저하 등 전력 품질문제로 이어질 수 있는 고난도 수요원이다. 부하패턴 측면에서도 AI 학습 부하는 고부하상태에서 불규칙한 피크가 반복되는 등 고변동 패턴을 보여 전력계통운영에 부담을 준다.

반도체 팹은 공정장비가 전체 전력의 약 55~60%, 클린룸 공조 및 환경제어시스템이 약 40%를 차지하는 전력 소비구조를 가진다. 클린룸 공조시스템은 외부환경과 관계없이 일정한 온·습도와 청정도를 유지해야해 상시 가동되며 이는 전체 전력수요의 상당부분을 차지하게 된다.

반도체 공정은 수백단계에 걸쳐 장기간 연속적으로 진행돼 공정 중단 시 막대한 제품 손실이 발생한다. 이에 따라 생산량과 관계없이 전력수요가 상시 유지되는 고평탄(High-flat) 기저부하 구조가 나타난다.

▲ AI DC와 반도체 fab 중장기 전력수요 전망(MW 기준, 2030 전후).

정부의 제11차 전기본에 따르면 신규 DC 전력수요는 2029년까지 약 49GW까지 확대될 전망이다. 이중 전력수요의 약 70.6%가 수도권에 집중될 것으로 예상된다. 일부에서는 수도권 집중도가 향후 80% 수준까지 높아질 가능성도 제기하고 있다.

반도체산업 또한 용인·화성·평택·이천 등 수도권 남부지역에 대규모 캠퍼스가 집중돼 있다. 삼성전자 평택캠퍼스의 경우 향후 P3~P6 라인이 합산 가동될 시 연간 전력사용량이 최대 21.6TWh에 달할 것으로 추정된다. SK하이닉스 용인산단과 삼성 용인클러스터 역시 각각 5.5GW와 9GW의 전력이 필요할 것으로 예상된다.

반면 향후 전력공급의 핵심이 될 재생에너지 기반은 비수도권에 몰려있다. 지역별 재생에너지 누적 설비용량은 전남(6,973MW), 경북(5,030MW), 전북(4,895MW) 순으로 가장 높다. 반면 수도권은 높은 전력수요에도 불구하고 2,662MW에 불과하다.

향후 잠재량 분석에서도 경북(9만1,000MW), 충남(7만1,200MW), 전남(4만3,400MW) 등 비수도권 지역이 높은 수치를 기록하고 있어 전력 공급지와 수요지의 공간적 괴리가 지속될 가능성이 높다. 이러한 구조에서는 수도권 전력수요를 충족하기 위해 비수도권 발전원으로부터 장거리 송전을 받아야 하는 경우가 발생해 송전망 혼잡과 계통 운영부담을 가중한다.

‘입지·전력정합성기반 산업배치’ 제시

▲ 31~35년 권역별 수용 여유량 및 특징(출처: 전력거래소).

지역별 계통 수용여유량 분석결과 재생에너지 자원이 풍부한 전라도는 –15~-25GW 수준의 큰 계통 수용부족이 나타나 추가적인 발전연계가 어려운 상황이다. 이는 송전망 확충속도가 발전설비 증가를 따라가지 못해 발생하는 병목현상이다.

반면 수도권은 수요 중심구조로 인해 일부 북부지역에서 발전설비 수용 여유가 존재하는 것으로 나타난다. 이는 자체 공급기반이 부족한 상태에서 외부전력에 의존하는 불균형 상태를 반영한다. 결국 재생에너지 중심 전력시스템에서 산업입지는 단순한 지역선택이 아닌 시스템 운영비용과 계통 안정성을 결정하는 핵심 변수로 작용한다.

이러한 문제를 해결하기 위해 녹색에너지전략연구소는 전력정책의 패러다임을 ‘수요지 중심 전력공급’에서 ‘입지·전력정합성기반 산업배치’로 전환해야한다고 제시했다. 반도체 팹과 AI DC같은 비유연 고부하 산업은 수요조정을 통해 변동생에 대응하기 어렵다. 이에 따라 송전망 투자부담을 줄이기 위해 재생에너지 공급이 가능한 지역에 수요를 배치해야 한다는 의견이다.

녹색에너지전략연구소의 관계자는 “산업입지 의사결정에 전력시스템 제약을 사전적으로 내재화하고 전력계통영향평가를 사후규제가 아닌 입지선택을 실질적으로 제약하는 핵심 도구로 재정비해야 한다”라며 “특히 남부권 반도체 혁신벨트 조성 시에도 재생에너지 여건을 고려해 신규 산업 입지를 유도하는 정책적 개입이 필수적”이라고 강조했다.