5일 국내 에너지 업계에 따르면 인공지능 데이터센터의 급격한 전력 수요에 대응하기 위해 액화천연가스 발전과 에너지저장장치, 소형모듈원자로를 하나의 체계로 묶는 ‘에너지 올인원’ 설루션 산업이 부상하고 있다. 데이터센터 사업자들이 안정적 전력 확보에 나서면서, 고객의 전력 수요에 맞춰 다양한 발전원과 저장장치를 조합해 제공하는 사업 모델이 떠올랐다.
데이터센터 사업자에게 전력은 단순한 운영비 항목이 아니다. 서버를 확보하고 건물을 완성하더라도 필요한 전력이 적시에 공급되지 않으면 시설을 가동하거나 연산 능력을 확대하기 어렵다. 특히 인공지능 데이터센터는 다수의 그래픽처리장치가 한꺼번에 연산을 수행해 전력 부하가 빠르게 변한다. 따라서 발전량뿐 아니라 전력의 안정성, 공급 확대의 유연성, 저장 능력, 탄소 감축 목표까지 함께 설계해야 한다. 발전량뿐 아니라 전력의 안정성과 공급 확대의 유연성, 저장 능력, 탄소 감축 목표를 함께 설계해야 하는 이유다.
LNG와 ESS가 만드는 초기 전력 조합
현재 대규모 전력 수요에 가장 효율적으로 대응할 수 있는 전원으로는 액화천연가스 발전이 꼽힌다. 액화천연가스를 이용해 가스 터빈과 스팀 터빈을 돌리는 복합발전은 데이터센터가 처음 가동될 때 필요한 전력을 공급하고, 서버 증설에 따라 발전 규모를 단계적으로 늘리는 데 유리하다. 날씨와 시간대에 영향을 받는 재생에너지보다 출력 조절이 쉽고, 연료가 공급되면 필요한 시점에 전력을 생산할 수 있다는 점도 데이터센터 운영과 맞닿아 있다.
배터리 기반 에너지저장장치는 발전소를 대체하기보다 전력의 품질과 안정성을 높이는 역할을 맡는다. 수만 개의 그래픽처리장치와 서버가 동시에 작동하면 전력 부하가 짧은 시간에도 크게 달라질 수 있다. 에너지저장장치는 이 같은 변동을 완화하고 발전량과 실제 수요 사이의 차이를 조절해 전력 공백의 위험을 낮춘다. 액화천연가스 발전이 필요한 전력량을 공급하는 축이라면, 에너지저장장치는 공급과 소비의 균형을 세밀하게 조정하는 축인 셈이다.
다만 두 기술만으로 대규모 데이터센터에 하루 24시간 전력을 공급하는 데에는 탄소 배출과 연료비 부담이 따른다. 업계는 단기적으로 액화천연가스 발전과 에너지저장장치가 데이터센터의 신속한 가동과 안정성을 뒷받침하고, 중장기적으로는 무탄소 전력을 지속적으로 생산할 수 있는 소형모듈원자로가 이를 보완하는 구조를 전망한다. 단기적으로는 LNG 발전과 ESS가, 중장기적으로는 SMR이 서로 보완하는 전력 구조가 형성될 것으로 업계는 전망한다.
글로벌 빅테크가 원전 개발 파트너로 나선 이유
글로벌 기술 기업들도 전력을 외부에서 구매하는 고객의 위치에 머물지 않고 차세대 발전 프로젝트의 투자자와 개발 파트너로 역할을 넓히고 있다. 메타는 검증된 대형 원전에서 생산한 전력을 장기 계약으로 확보하면서 테라파워, 오클로 등 소형모듈원자로 기업과 중장기 프로젝트를 검토하는 전략을 택했다. 검증된 대형원전 전력은 장기 계약으로 확보하고, 소형모듈원자로 기업과는 중장기 프로젝트를 검토하는 방식이다.
아마존은 미국 소형모듈원자로 기업 엑스에너지에 전략적으로 투자했다. 또 워싱턴주에서 고온가스로 기반 소형모듈원자로 프로젝트를 추진하는 공공 전력 공급 기업 에너지 노스웨스트와 협력하고 있다. 이는 인공지능 기업의 투자 범위가 데이터센터 건물과 반도체를 넘어 발전 기술과 전력 공급망까지 넓어졌음을 보여 준다.
한국형 ‘에너지 올인원’이 겨냥하는 시장
한국에서도 인공지능 데이터센터와 반도체 생산공장처럼 전력 사용량이 큰 시설이 늘면서 제조 대기업의 전력 조달 역량이 생산능력 확대와 신사업 추진의 전제로 떠오르고 있다. 이에 따라 액화천연가스 도입과 발전, 에너지저장장치, 소형모듈원자로 기술을 함께 다룰 수 있는 사업자의 역할이 커질 것이라는 전망이 나온다. 전력을 생산해 판매하는 데 그치지 않고 고객의 시설 가동 시점, 수요 변화, 부하 특성, 탄소 감축 목표를 분석해 맞춤형 조합을 제공하는 사업 모델이다.
SK이노베이션은 이러한 통합 사업에 필요한 기반을 갖춘 국내 기업으로 거론된다. 미국과 호주의 가스전을 활용한 액화천연가스 직접 도입 역량과 발전·전력사업 기반을 보유하고 있으며, 최근 자회사 SK아이이테크놀로지를 흡수합병해 배터리와 분리막 사업을 재편했다. 이를 통해 배터리와 에너지저장장치 가치사슬을 기존 에너지 사업과 연결할 가능성이 커졌다는 평가가 나온다. 서로 다른 사업 자산을 데이터센터 전력 수요라는 하나의 목표 아래 결합할 수 있는지가 관건이다.
SK이노베이션은 지난달 미국 소형모듈원자로 개발사 테라파워와 한국형 차세대 소형모듈원자로 사업 모델인 ‘K-나트륨’ 협력 합의서를 체결한 바 있다. 액화천연가스와 배터리 기반 저장 기술에 차세대 원전 역량까지 더해 인공지능 데이터센터의 대규모 전력 수요에 대응하려는 구상이다.
업계 관계자는 “AI 데이터센터 시대의 에너지 경쟁은 특정 발전원을 선택하는 문제가 아니라 LNG·ESS와 SMR을 얼마나 효율적으로 조합하고 운영하느냐의 문제로 귀결될 전망”이라며 “에너지기업의 경쟁력은 발전설비 보유량을 넘어 고객이 원하는 시간과 장소에 고품질의 전력을 제공하고 탄소 감축까지 설계할 수 있느냐에 달렸다”고 말했다.
