우리 집 배터리·전기차가 AI 전력난을 덜어준다고?

"보통 오후 6시부터 자정까지는 집이 배터리로 돌아갑니다."

지난달 5일(현지시간) 미국 텍사스주 포트워스 자택에서 만난 닉 데이비스씨는 휴대전화 앱으로 가정 내 전력 흐름을 확인한다. 앱 화면에는 마당에 설치된 가정용 배터리가 언제 전기를 채우고 내보내는지 실시간으로 나타난다. 두 아이를 키우는 데이비스씨 가족의 전기 사용 습관은 이전과 같다. 달라진 점은 전력망에서 전기를 끌어오는 '시간대'다. 지역 전력 수요가 치솟는 저녁 시간이 되면 데이비스씨 집은 전력망 대신 낮 동안 미리 충전해 둔 배터리 전기로 불을 밝힌다.

그가 석 달 전 가정용 배터리를 들인 계기는 2021년 2월 텍사스 대정전이었다. 당시 겨울폭풍으로 기온이 영하 16℃ 가까이 떨어졌고, 그의 집은 닷새 동안 전기가 끊겼다. 가족은 추위를 피해 집을 떠나야 했다. 정전 대비용 디젤 발전기는 2만~3만달러에 달해 부담이 됐다. 그래서 찾은 대안이 전력 소매업체 옥토퍼스에너지의 가정용 배터리 구독 서비스인 '파워스토어'다. 초기 설치비 없이 월 45달러(약 6만원)만 내면 30kWh(킬로와트시) 용량의 배터리를 임대해 쓸 수 있다. 대신 충전과 방전 시점을 업체가 원격으로 제어한다.

배터리를 설치한 뒤 정전을 겪은 적이 있느냐는 질문에 그는 "정전을 전혀 느끼지 못했다"며 앱 기록을 확인했다. 실제로는 그동안 총 다섯 차례, 8분 19초 동안 정전이 발생했다. 데이비스씨는 "전등조차 깜빡이지 않아 정전이 일어났는지조차 몰랐다"고 했다.

데이비스씨 같은 소비자에겐 정전 대비용이지만, 전력회사인 옥토퍼스가 주목한 건 평상시 저녁 시간이다. 해가 지면 태양광 발전량은 급감하는 반면 각 가정의 냉방·가전 수요는 최고조에 달한다. 이때 각 가정이 배터리에 저장해 둔 전기를 꺼내 쓰면 발전소와 송전선이 감당해야 할 부담이 줄어든다.

옥토퍼스는 텍사스의 파워스토어 가입 가구 배터리들을 하나의 가상발전소(VPP)로 묶는다. 전기가 풍부하고 저렴한 시간대에 충전해 뒀다가 전력망이 붐비는 최대 전력 사용 시간대에 배터리 전력을 가정에 공급하거나 전력망으로 되돌려 보낸다. 이 전력은 전력 도매시장에 직접 참여해 돈을 버는 자원이 된다. 데이비스씨 집이 저녁에 쓸 전기를 한낮에 미리 받아 둔 덕분에 같은 시간 전력망은 다른 곳에 보낼 여유 전력을 확보하고 데이비스씨는 전기요금을 절감하게 되는 원리다.

전기차 충전도 마찬가지다. 퇴근 후 저녁 6시에 충전기를 꽂더라도 다음 날 아침 출근 전까지 충전이 완료되면 된다. 굳이 이웃들이 저녁식사를 준비하고 에어컨을 켜는 시간에 충전할 필요가 없다. 옥토퍼스는 고객 동의를 얻어 전력 수요가 뜸한 심야 시간대로 충전을 늦춘다. 소비자가 쓰는 전력 총량은 그대로지만 전기를 쓰는 시점을 조절해 전력계통 부담을 줄이는 '수요 유연성'이 소비자와 기업 모두에 이익을 주는 구조다.

이 같은 전력계통 유연성은 AI(인공지능) 데이터센터가 초래할 전력난 문제를 푸는 해법 중 하나로 확장된다. 우선 수천, 수만 가구의 배터리, 전기차, 가전제품의 충전과 사용 시간을 조절해 최대 전력 사용 시간대 송·배전망의 여유 용량을 확보하면, 발전소나 송전망을 새로 짓지 않고도 데이터센터 같은 대규모 신규 시설에 전력을 보낼 여지가 생긴다.

특히 미국은 여름철 수요가 가장 높은 시간의 사용량에 따라 용량 및 송전 요금이 정해진다. 이 때문에 유연성이 늘어나면 해당 지역에서 전기요금 인상 없이 주민 동의하에 빠르게 데이터센터를 건설할 수 있다.

빅테크 기업들도 이 '여력'에 주목했다. 구글이 지난달 수요반응 기업 볼터스와 손잡고 미국 동부·중서부 전력계통 운영기관(PJM) 관할 지역에 1GW(기가와트) 규모의 VPP를 구축하기로 한 사례가 대표적이다. 구글이 자금을 대고, 볼터스가 배터리·스마트 온도조절기·산업설비를 묶어 전력 공급이 빠듯한 시간에 전력 사용을 줄이는 방식이다. 절감에 참여한 고객에게는 보상이 돌아간다. 옥토퍼스는 구글-볼터스 VPP에 가정용 배터리 등 가정용 전원을 잇는 역할을 맡았다.

이 같은 방식은 데이터센터 사업자가 필요한 전력 여유분을 전력계통 유연성 확보를 통해 직접 마련하는 'BYOC(Bring Your Own Capacity·자체 용량확보)' 모델로 불린다. 지난달 9일(현지시간) 미국 샌프란시스코에서 만난 닉 체이셋 옥토퍼스에너지 미국법인 대표는 "데이터센터 전력 문제의 해법은 개별 소비자 10만 명, 50만 명의 참여로부터 나올 수 있다"고 했다.

해법의 다른 축은 데이터센터 자체를 유연한 전력 수요처로 보는 것이다. 전기차 운전자에게 다음 날 출근 전까지 충전을 마칠 여유가 있듯, 데이터센터에도 조금 늦추는 게 가능한 일이 있다. 전력계통 사정에 맞춰 데이터센터의 연산을 조절하는 소프트웨어를 개발하는 에메랄드AI의 만시 샤 제품총괄은 지난 5일 빛가람국제전력기술엑스포(BIXPO) 발표에서 "데이터센터의 연산 중 덜 시급한 것은 그래픽처리장치(GPU)가 쓰는 전력에 상한을 걸거나 작업 자체를 전력 수요가 잦아드는 밤으로 옮길 수 있다"고 설명했다.

실제 데이터센터에 적용된 사례도 있다. 지난 8월 미국 캘리포니아주에서 해 질 무렵 냉방 수요가 몰리자 지역 전력회사가 한 AI 데이터센터에 전력 사용을 줄여달라는 신호를 보냈다. 신호를 받은 에메랄드AI의 소프트웨어가 덜 시급한 연산의 처리 속도를 늦추는 동안 이용자에게 바로 응답해야 하는 작업은 계속 돌아갔다. 엔비디아에 따르면 당시 소비전력은 4MW(메가와트)에서 3MW로 떨어졌다.

전기가 가장 많이 필요한 몇 시간만 데이터센터가 전기를 덜 쓰면, 송·배전망을 새로 짓기 전 기존 전력망으로 더 많은 데이터센터에 전기를 공급할 수 있다. 미국 듀크대 연구진은 미국 내 22개 전력계통 운영 권역을 분석해 데이터센터 같은 신규 대형 전력소비 시설이 연중 최대 전력으로 가동할 때 쓸 전력량의 0.25%를 줄이는 조건에서 추가로 감당할 수 있는 전력수요를 76기가와트(GW)로 추산했다.

마크 맥그라나한 미국 전력연구원(EPRI) 연구위원은 같은 BIXPO 발표에서 가정의 전기차 충전부터 데이터센터의 연산까지, 전력 최대 사용 시점에 조절할 수 있는 수요를 전력계통 투자 계획에 반영해야 한다고 했다. 예컨대 여름 저녁 몇 시간의 냉방 수요 때문에 배전선을 늘려야 하는 지역이라면 그 시간에 가정용 배터리가 얼마나 전력을 대고 데이터센터가 얼마나 사용량을 줄일 수 있는지부터 따져보자는 것이다. 그는 "유연성을 얼마나 확보할 수 있는지에 따라 투자 결정을 바꾸려면 그 유연성이 계획 수립에도 반영돼야 한다"고 했다.

※본 기획 취재는 한국기자협회와 기후미디어허브의 지원을 받았습니다.