CFD 시뮬레이션 및 분산분석을 통한 Green IT와 전력사용효율 개선에 관한 연구

Abstract

최근 기후변화와 지구온난화에 따른 전 세계적인 에너지절감 노력과 환경규제가 강화되고 있는 가운데도 불구하고 IT산업이 확산되면서 에너지의 사용이 급격하게 증가하고 있으며 IT부문의 CO2 배출량이 세계 CO2 배출량의 2%를 차지하면서 항공기산업과 맞먹는 온실가스 多배출 산업으로 주목받고 있다. 또한 IT 폐기물 증가로 인한 독성, 유해물질로 수질, 대기, 토양의 환경이 오염되고, IT 사용의 증가로 에너지 소비 및 탄소 배출이 증가하고 있으며, 향후 유비쿼터스의 진전으로 IT분야의 에너지 사용 및 탄소배출의 증가는 가속화될 전망이다. 국내 CO2 배출량은 산업발전과 경제성장으로 연평균 2.2% 증가하여 ’08년 6.31억 톤, ‘12년 6.88억 톤으로 추정되고 있다. 우리나라의 CO2 증가율은 OECD 국가 중 1위이고, 전 세계 제10위의 CO2 배출 국가로서 2013년부터는 탄소배출 감소 의무국으로 지정돼 강도 높은 감축 요구를 받을 것으로 예상되어 이에 대비한 감축계획의 수립이 필요한 시점에 있다. 우리나라가 온실가스 감축의무 대상국으로 지정될 경우 국내 온실가스 배출량의 약 27%를 차지하고 있는 전력산업은 상당한 영향을 받게 될 것이다. 온실가스 절감을 위한 전력회사의 노력이 절실히 요구되는 상황에서 전력회사 IT분야 전력소비량의 대부분을 차지하고 있는 전산실 및 통신실(이하 IT센터라 한다.)의 에너지효율 향상과 전력사용량 감소는 필수적으로 수행되어야 하는 부분이다. 이에 Green IT를 활용한 전력회사 IT센터의 전력사용량 감소를 통해 향후 전력회사의 에너지절감과 친환경 기업이미지 제고를 위한 IT분야의 종합적인 대안을 제시하고 나아가 국가의 녹색성장과 Green IT 경쟁력제고에 기여하고자 한다. 본 연구의 내용은 전력회사의 IT센터에서 발생하는 전력사용량을 최소화하기위한 기존 센터의 전력사용량 패턴분석과 분석결과에서 도출된 원인요소 중 가장 영향을 많이 미치는 치명적인 원인인자(Critical To Quality)에 대한 개선방안 마련, 국내외 Green IT기술 벤치마킹과 시범구축 및 과학적 시뮬레이션을 통한 전원설비와 냉방설비분야 Green IT기술의 효용성 검증, 마지막으로 전력회사에 최적화된 적용방안 수립 및 기대효과 분석을 연구의 범위로 한다. 본 연구를 수행한 결과 전력회사의 IT센터에서 발생하는 전력사용량에 가장 많은 영향을 미치는 분야는 냉방/공조 및 전원분야인 것으로 분석되었으며, 각 분야에 냉열복도, 이중마루, DC전원시스템 등의 Green IT기술을 적용하게 되면 일정부분 IT센터의 에너지효율을 향상시킬 수 있는 것으로 결과가 도출되었다. 냉방공조분야에서는 냉열복도 방식을 이용하여 IT센터내의 랙배치와 공기흐름을 최적화함으로써 냉방효율을 향상 시킬 수 있는 것으로 CFD(Computational Fluid Dynamics, 전산유체역학)시뮬레이션 결과 확인되었으며, 이중마루를 통한 냉기공급방식 역시 기존의 측면급기 측면배기의 구조보다 에너지효율이 개선되는 것으로 나타났다. 또한 외부의 찬 공기를 이용한 냉방방식을 이용함으로써 센터 내 냉방설비의 전력사용량을 줄일 수 있는 것으로 확인되었다. 전원분야에서는 DC전원방식을 도입할 경우, 실험 및 측정결과를 분석해본 결과 기존의 AC전원방식과 비교하여 회로구성, 전력효율, 신뢰성 및 안정성, 전력소모 등의 측면에서 우수한 것으로 확인되었다. 본 연구를 통해서 기대할 수 있는 효과로는 전력회사 IT센터의 냉방/공조분야에 냉열복도 방식과 이중마루를 통한 냉기공급방식, 외기냉방방식(Free Cooling)등을 적용하게 되면 약 49%의 에너지효율 개선효과를 거둘 수 있으며, 전원분야에서는 기존의 AC전원방식 대신, DC전원방식을 도입하게 될 경우 약 전원설비자체의 전력효율을 기존대비 약 21.5%정도 절감이 가능한 것으로 확인되었다. 또한 전력사용량 절감으로 인한 이산화탄소 발생량 저감과 탄소배출권 금액 확보, DC충전기 도입을 통한 전원설비도입 및 유지보수 금액 절감 등의 동반효과가 있는 것으로 분석되었다.