데이터 센터의 간접 물 소비를 잘못 해석했던 오류를 바로잡고, LBL 보고서의 방법론과 수력 발전 증발 포함 여부, PPA의 영향 등을 검토해 보다 현실적인 추정을 제시한다.
(이번 주 읽을거리 목록 대신, 데이터 센터 물 소비에 관한 보너스 에세이를 즐겨 주세요.)
미국의 물 사용에 관한 에세이에서 나는 “물 사용을 이야기할 때는 주의가 필요하다. 맥락에서 벗어난 수치를 가져오거나 오해의 소지가 있는 비교를 하기 쉽다”라고 썼다.
나부터 그 조언을 따랐어야 했다!
데이터 센터 물 소비를 다룬 부분에서, 나는 데이터 센터의 연간 간접 물 사용량(발전소 물 사용 중 데이터 센터에 귀속되는 몫)이 하루 약 5억 7,900만 갤런이라고 적었는데, 이는 데이터 센터에 관한 로런스 버클리 연구소(LBL) 보고서에서 가져온 것이다. 나는 이 수치를 총 "물 사용(use)"으로 해석했고, 발전소의 물 사용 대부분은 비소비적(non-consumptive)이므로 실제 "물 소비(consumption)"는 그중 극히 일부(약 1,900만 갤런)일 것이라고 가정했다. 여기에 보고서가 제시한 데이터 센터의 직접 물 소비를 합치면, 하루 약 6,600만 갤런의 물 소비가 나온다고 계산했다.
하지만 보고서를 충분히 꼼꼼히 읽지 않았고, 알고 보니 하루 5억 7,900만 갤런이라는 수치는 소비적(consumptive) 사용이었다. 그렇다면 데이터 센터의 총 소비적 물 사용은 6,600만이 아니라 6억 2,800만 갤런/일로 급증한다.
그러나 소비적 물 사용이 하루 5억 7,900만 갤런이라는 추정은 매우 크게 느껴진다. 버클리 랩 보고서에 따르면 2023년 미국 전체 데이터 센터의 전력 소비는 176TWh로 추정되며, 이는 미국 전체 전력 생산의 약 4.4%다. USGS에 따르면 미국의 열전(thermoelectric) 발전소가 소비 하는 물의 양은, 일회 통과 냉각(once-through cooling)의 경우 TWh당 하루 약 120만 갤런, 순환식 냉각(recirculating cooling)의 경우 TWh당 하루 약 140만 갤런이다.
모든 데이터 센터 전력이 열전 발전소에서 온다고 가정하더라도, 데이터 센터의 총 간접 소비적 사용은 하루 약 2억 3,400만 갤런 수준으로, LBL 보고서가 제시한 5억 7,900만 갤런보다 상당히 적다. (LBL 보고서는 2023년에 “거의 8000억 리터”라고 쓰고 있는데, 이는 일일 5억 7,900만 갤런으로 환산된다.)
단순한 오타로 보이지도 않는다. 보고서 후반부에는 데이터 센터 전력 사용으로부터의 간접 물 소비가 kWh당 약 4.5리터(이는 하루 5억 7,900만 갤런과 부합)이며, 이는 미국 전력 전반의 물 소비 강도(kWh당 4.35리터)보다 약간 높다고 적고 있다. kWh당 4.35리터는 TWh당 일일 315만 갤런에 해당하는데, 이는 열전 발전소의 소비적 사용에 대한 USGS 값(상기한 바와 같이 TWh당 일일 120만~140만 갤런)의 두 배를 훌쩍 넘는다.
버클리 랩의 데이터 센터 물 소비 추정치, 그리고 더 일반적으로 전력 부문의 물 소비 추정치가 왜 이렇게 높을까?
실마리는 보고서에 실린 전력 생산의 물 집약도 지도에서 찾을 수 있다. 열전 발전소의 물 소비는 국가의 동부 절반에 집중된다고 앞서 살펴보았는데,
반면 버클리 랩 자료에 따르면 kWh당 물 사용(리터 기준)이 가장 높은 지역은 미국의 서부 절반(그리고 일부 동남부)이다. 반대로, 열전 발전소의 물 소비가 정말 많은 지역—텍사스, 플로리다, 북동부 일부—은 kWh 기준으로 보면 오히려 물 소비가 낮은 편에 속한다.
답은 버클리 랩 보고서가 전력 부문 물 사용 계산에 수력발전 댐 저수지에서의 증발을 포함시켰다는 데 있는 듯하다. 전력의 물 소비가 아주 집약적으로 나타나는 지역(태평양 북서부, 남서부, 동남부)은 모두 수력 발전 비중이 큰 곳들이다(보너빌 전력청, 콜로라도강의 댐들, 테네시 밸리 당국).
국립재생에너지연구소(NREL)의 2003년 보고서에 따르면, 열전 발전소는 생산 전력 kWh당 약 0.47갤런의 물을 소비하며, 이는 열전 발전소의 물 소비에 대한 USGS 수치와 부합한다. 반면 수력 발전소는 저수지 증발을 통해 kWh당 무려 18.27갤런을 “소비”하는데, 거의 40배나 더 많다! 이 값이 워낙 커서 미국 전력 전반의 평균 물 소비 강도를 끌어올리는 것이다.
이 저수지 증발을 데이터 센터의 물 소비 몫에 포함시키는 게 타당할까? 논쟁의 여지가 있다고 본다. 한편으로, 거대한 댐 저수지는 수면 면적을 키워 댐이 없는 강보다 증발량을 늘린다. 다른 한편으로, 댐은 우기에 남는 물을 갈무리해 건기에 쓰게 함으로써 사용 가능한 담수를 더 많이 만들어 주기도 한다(이는 서부의 거대 댐들—후버, 그랜드 쿨리 등—건설 논리의 일부였다). 또한 용수 공급을 위해 조성된 저수지는 전력을 생산하지 않더라도 증발이 발생한다.
NREL 보고서는 이러한 복잡성을 다음과 같이 지적한다.
수력 발전 사용에는 지역별로 큰 차이가 있으므로, 이러한 데이터를 제대로 해석하려면 지역 여건을 충분히 이해해야 한다. 어떤 하천 유역에서는 증발이 총 유량의 상당 비율을 차지하며, 이 증발은 하류 지역의 인적 소비에 쓰일 수량을 줄일 뿐 아니라 담수 유입에 의존하는 연안 생태계에도 환경적 영향을 준다. 반면, 비교적 작은 강에 위치하면서 대도시권에 담수 공급을 제공하는 수력 발전 프로젝트를 생각해 보자. 이 경우, 저수지는 유량 대비 증발 비율이 낮다면 특히 가치 있는 담수원일 수 있다. 하류 지역의 인적 소비와 연안 생태계에 미치는 영향이 낮다면, 수력 발전 프로젝트의 물 소비는 무의미해질 수도 있다—발전이 이루어지든 아니든, 해당 지역에 담수를 공급하기 위한 불가피한 결과로서 증발은 여전히 발생할 것이기 때문이다. 이러한 이슈는 본 논문의 범위를 벗어나지만, 결과를 해석할 때 반드시 고려되어야 한다.
버클리 보고서가 이 점을 감안하려 했는지는 분명치 않다. 아마 그저 지역별 수력 증발 추정치를 적용했을 뿐, 전력 생산이 없었어도 그 증발이 발생했을지에 대한 댐별 반사실적(counterfactual) 검토는 하지 않았던 것 같다. (USGS는 미국의 물 사용을 계산할 때 수력 발전의 증발을 포함하지 않는다는 점도 주목할 만하다.)
버클리 보고서에서 눈에 띈 또 하나의 문제는, 개별 데이터 센터 시설과 전력 공급자 간의 전력구매계약(PPA)을 전혀 반영하지 않고, 대신 지역 전력 생산 믹스를 기준으로 물 소비를 추정했다는 점이다.
여기서 간접 물 및 배출 영향치를 계산하기 위해 사용한 방법론은 개별 데이터 센터 시설과 전력 공급자 간의 전력구매계약(PPA)이나 온사이트 “계량기 뒤(behind the meter)” 발전을 반영하지 않는다. 전원(電源)에 따라 물 소비와 배출 추정에 상당한 영향을 줄 수 있음에도 말이다. 그럼에도 불구하고, 시설 수준의 데이터가 없어 우리는 해당 관할의 모든 데이터 센터가 현지 밸런싱 오소리티(계통 균형기관)의 전력 믹스와 동일한 전원 구성을 가진다고 가정할 수밖에 없다.
이는 심각한 문제다. 현재 데이터 센터 간접 물 소비의 약 1/3을 차지하는 하이퍼스케일러들이 PPA를 통해 재생에너지를 대규모로 구매하고 있기 때문이다. 아마존, 메타, 구글, 마이크로소프트는 모두 자사의 전력이 100% 재생에너지에서 온다고 보고한다. 하이퍼스케일러 외에도 일부 대형 코로케이션 사업자 역시 PPA를 대거 활용한다. 미국 최대급 데이터 센터 리스 업체인 에퀴닉스는 2023년 재생에너지 사용률 96%를 보고했다. 또 다른 대형 사업자인 디지털 리얼티는 PPA를 활용해 북미에서 재생에너지 100%를 달성했다. (이 재생에너지 사용이 반드시 직접 소비를 의미하는 것은 아니다. 종종 다른 곳에서 생산된 전력에 대한 인증서를 구매하는 형태이기도 하지만, 많은 기업이 직접 재생에너지 조달도 시도하고 있다.)
PPA가 물 소비에 미치는 영향은 사용되는 재생에너지의 종류(그리고 재생에너지 회계 처리 방식)에 달려 있다. 태양광과 풍력은 운영 단계에서 물을 사용하지 않는 반면, 원자력과(논란의 여지가 있지만) 수력은 물을 사용한다. 실제로 하이퍼스케일러의 재생에너지 PPA는 대체로 풍력이나 태양광 전력인 듯하다.
정리하면, 나는 버클리 보고서를 잘못 읽어 미국 데이터 센터의 물 소비를 크게 과소평가했다. 버클리 보고서의 추정을 그대로 적용하면 데이터 센터의 물 소비는 하루 약 6억 2,800만 갤런로, 내가 처음에 제시한 하루 6,600만~6,700만 갤런보다 훨씬 높다.
하지만 이 추정을 도출한 방법론은 논쟁의余地가 있으며, 데이터 센터 물 소비를 최대한 높게 산정하는 쪽에 기운 선택처럼 보인다. 수력 발전소의 저수지 증발로 “소비”되는 물을 제외하면, 아마도 하루 2억 7,500만 갤런에 가까운 값이 나온다.1 그리고 많은 데이터 센터 운영자가 재생에너지 PPA(대부분 풍력·태양광)를 사용한다는 사실까지 고려하면, 내 추정으로는 하루 2억~2억 5,000만 갤런에 가까울 것이다(여기서 상세 계산을 수행한 것은 아니다).
2억 7,500만 갤런은 전력이 전부 열전 발전소에서 온다고 가정한 값이므로, 실제 값은 이보다 다소 낮을 것이다.
