인공지능
플로 배터리로 AI 데이터센터의 전력 비용을 낮출 수 있을까?
Securities.io를 Google의 선호 소스에 추가
GPU와 메모리 같은 컴퓨팅 하드웨어가 수년간 부족했던 데다, 이제 막 그 부족 현상이 완화되려는 시점에 데이터센터 구축을 늦추는 새로운 병목이 나타났다. 바로 에너지다. 새로 추진되는 데이터센터 건설 사업은 컴퓨팅 집약도가 높아 전력을 많이 소비하기 때문이다.
그 결과, 대부분의 전력망은 수 기가와트에 달하는 갑작스러운 수요 급증을 감당하지 못한다. 이론적으로는 재생에너지가 대안이 될 수 있다. 특히 최근 몇 년 사이 태양광과 풍력 발전 비용이 크게 낮아졌다.
그러나 재생에너지 발전량은 변동성이 크며, 태양광 발전은 당연히 밤에는 이뤄지지 않는다. 반면 AI 데이터센터는 연중무휴로 가동되어야 하며, 가동률이 매우 높아야 한다(‘파이브 나인’ 또는 ‘식스 나인’, 즉 99.9999%). 따라서 전력 부족은 절대 허용될 수 없다.
에너지 저장은 밤사이 전력 공백을 메우고, 일조량이 적은 날의 발전량 감소를 보완하는 대안이 될 수 있다. 이 방식이 효과를 낸다면 독립형 마이크로그리드로 데이터센터에 전력을 공급해 이 병목을 완전히 피할 수 있다.
Sejong University의 연구자 두 명은 독립형 재생에너지 마이크로그리드를 사용하는 AI 데이터센터에 어떤 에너지 저장 기술이 가장 적합한지 분석했다.
연구진은 바나듐 레독스 플로 배터리가 이 용도에 가장 적합할 수 있다고 밝혔다. 다만 데이터센터의 부하가 커질수록 리튬이온 배터리의 경쟁력이 높아지는 것으로 보인다. 연구에서는 이 두 방식과 수소 기반 백업 전원 및 플라이휠도 비교했다.
연구진은 연구 결과를 Journal of Engineering Research1에 발표했으며, 논문 제목은 “AI 데이터센터용 독립형 재생에너지 마이크로그리드에서 에너지 저장 기술의 기술·경제적 비교 평가”다.
AI의 막대한 전력 수요
이전 세대의 데이터센터와 달리, 전력 소비량만 놓고 보면 AI 데이터센터는 중공업 시설에 더 가깝다. 예를 들어 하이퍼스케일 AI 데이터센터에는 100 MW가 넘는 전력 용량이 필요할 수 있으며, 이는 약 100,000가구가 1년 동안 소비하는 전력량에 해당한다. 최신 데이터센터 중 상당수는 기가와트급 규모를 목표로 한다. 이는 100만 가구의 전력 소비량에 해당하며, 대형 원자로 한 기가 생산하는 전력을 모두 소비할 만큼의 규모다.
이에 따라 하이퍼스케일 사업자와 기술 기업들은 ESG 성과를 유지하기 위해 저탄소 에너지원에서 전력을 조달하려 하고 있다.
“국제에너지기구(IEA)는 데이터센터의 추가 전력 수요 중 약 50%가 2035년까지 재생에너지로 공급될 것으로 예상한다. Google과 Microsoft 같은 주요 기술 기업은 2030년까지 ‘24시간 탄소 무배출 에너지’를 달성하겠다는 목표를 발표했다. 이는 전력 소비량을 탄소 무배출 전력 발전량과 실시간으로 일치시키려는 목표다.”
에너지 저장 옵션 시뮬레이션
현실적인 독립형 AI 데이터센터 구축
이 연구는 대한민국 태백의 지역 여건을 반영해 AI 데이터센터용 가상 독립형 재생에너지 마이크로그리드를 평가한다. 산악 지형인 이 지역의 여름철 평균 기온은 약 26.0°C로, 데이터센터의 냉방 수요를 줄이는 데 유리하다. 겨울철 평균 최저 기온은 약 −9.6°C다.
이 지역의 또 다른 장점은 겨울철 태양광 발전량이 줄어드는 동안 풍력 발전량은 최고조에 이른다는 점이다. 덕분에 시스템은 계절에 따른 발전량 차이를 균형 있게 조정할 수 있다.
이 연구는 태양광(PV), 풍력 터빈, 수소 저장 장치와 세 가지 에너지 저장 시스템(ESS) 기술 옵션으로 구성된 통합 전력 공급 시스템을 고려한다. 세 가지 옵션은 리튬이온 배터리, 바나듐 레독스 플로 배터리(VRFB), 플라이휠이다.
전해조, H₂ 탱크, 연료전지로 구성된 수소 에너지 저장 하위 시스템은 장기 저장을 제공하고 재생에너지 잉여 전력을 활용하기 위해 포함됐다.
HOMER Pro 마이크로그리드 최적화 소프트웨어를 사용해 구성 요소의 용량을 최적화하고, 서로 다른 ESS 기반 시스템 구성의 경제성을 비교했다.
정확한 시뮬레이션 설계
데이터센터에서는 서버, 냉각 시스템, 지원 전기 설비가 중단 없는 서비스를 제공하기 위해 계속 가동되므로, 연중 기본 부하가 비교적 안정적으로 유지된다. 실제 운영 조건에서 나타나는 제한적인 변동을 반영하기 위해 시간별 부하 변동률은 ±5%, 일별 부하 변동률은 ±3%로 설정했다.
재무 조건으로는 프로젝트 수명을 25년, 예상 인플레이션율을 2.0%, 명목 할인율을 2.5%로 설정했으며, 이에 따라 실질 할인율은 0.49%로 계산됐다.
각 ESS의 자본비, 교체비, 운영·유지보수비를 기준값의 80%, 100%, 120%로 동시에 변경하고, 각 조건에서 시스템을 다시 최적화했다.
냉각 성능 향상을 가정한 대리 시나리오로, 1 MW 데이터센터의 시설 전체 전력 수요를 5% 줄이는 단순화된 냉각 효율 개선 시나리오를 평가했다.
각 설계안에서 선택된 에너지 저장 시스템에는 다음과 같은 장점이 있다.
- 리튬이온 배터리는 효율이 높고, 단기에서 중기까지의 수급 균형을 신속하게 맞출 수 있다.
- VRFB는 출력 용량과 에너지 용량을 서로 독립적으로 확장할 수 있고, 장주기 저장과 반복적인 심방전에 적합하다.
- 플라이휠은 높은 출력을 신속하게 제공하고 단주기 저장이 가능하다.
연간 최대 용량 부족률은 2%로 제한했다. 운영 예비력은 현재 부하의 10%, 태양광(PV) 출력의 80%, 풍력 출력의 50%로 설정했다.
이는 계획 단계의 비교일 뿐, 임무 핵심 시스템 수준의 신뢰성을 입증하는 것은 아니다. 연간 미충족 전력 수요는 리튬이온 배터리의 경우 1.18%, VRFB의 경우 0.684%, 플라이휠의 경우 0.588%였다. 이 비율은 미공급 에너지를 나타내며 가동 중단 시간을 뜻하지 않으므로, 가용성 수치로 직접 환산할 수 없다. 또한 이 모델은 GPU 사용률의 동적 변화와 냉각 수요를 명시적으로 시뮬레이션하는 대신 단순화된 부하 프로필을 사용한다.
재생에너지 마이크로그리드의 최적 조합 찾기
리튬이온 구성안을 분석한 결과, 리튬이온 배터리와 완전한 수소 시스템을 결합한 구성이 가장 경제적이었다.
“리튬이온 배터리 사례에서 최적 시스템은 태양광(PV) 4443 kW, 풍력 터빈(WT) 5기, 전해조 500 kW, 수소 저장 탱크 500 kg, 연료전지(FC) 2000 kW, 변환기 1284 kW, 배터리 용량 14,600 kWh로 구성됐다.”
플라이휠은 용량이 제한적이라는 점이 문제다. 이 때문에 장주기 수급 균형을 재생에너지 발전과 수소 하위 시스템이 담당하도록 설계를 바꿔야 한다. 따라서 리튬이온 구성안과 비교하면 전해조 용량을 7000 kW로, H₂ 탱크 용량을 7000 kg으로 늘려야 하며, 이에 따라 수소 부문의 전체 시스템 규모가 12배로 크게 증가한다.
이는 바나듐 레독스 흐름전지와 뚜렷한 대조를 이룬다. 최적의 VRFB 구성은 에너지 저장 용량을 크게 늘리면서(35,271 대 14,600 kWh), 연료전지(FC) 용량은 줄였다(500 대 2000 kW).
이러한 차이는 레독스 흐름전지가 리튬이온 배터리보다 더 오랫동안 전력을 공급할 수 있어 수소의 역할 일부를 대신하고 대규모 전해조와 연료전지의 필요성을 줄인 데서 비롯된다.
그 결과 VRFB 시스템의 균등화 발전비용(LCOE)은 0.1427 $/kWh로 가장 낮았으며, 리튬이온 배터리는 0.2106 $/kWh, 플라이휠 저장 방식은 0.3721 $/kWh였다.
전체 비용이 낮았던 것은 VRFB 구성이 운영의 모든 측면에서 더 우수한 지표를 보였기 때문이다. VRFB 구성은 초기 자본비, 교체비, 운영·유지보수비, 연간 운영비가 모두 가장 낮았다.
비용은 얼마인가?
최적의 VRFB 기반 시스템의 총 순현재비용(NPC)은
29,135,914달러였으며, 가장 큰 비용 항목은 13,460,283달러의 풍력 터빈이었다. 그다음은 바나듐 레독스 흐름전지(7,396,824달러)와 태양광 패널(5,613,025달러)이었다.
이 설계에서 풍력 터빈은 전체 발전량의 80.4%를 차지해 주요 에너지원 역할을 했고, 태양광(PV)은 18.8%를 공급하며 보완적인 역할을 했다.
수소 연료전지의 발전량은 1% 미만이었으며, 대부분 예비 전원으로 사용됐다.
“풍력 터빈(WT)에 대한 의존도가 높았지만, 태양광(PV)과 풍력 터빈(WT)의 계절적 상호 보완성과 ESS 및 수소 하위 시스템의 병행 활용으로 시스템의 복원력을 뒷받침했다. 이를 통해 단기 변동과 장기간 이어지는 재생에너지 발전 부족을 보완할 수 있었다.”
투자자를 위한 시사점
오랫동안 리튬이온 배터리 생산의 규모의 경제 덕분에 이 기술은 에너지 저장 시스템을 빠르게 구축할 때 가장 먼저 선택되는 방안이었다.
하지만 리튬이온은 제한된 크기와 무게 안에 높은 에너지 밀도를 구현하도록 설계된 기술이다. 전력망 안정화든 독립형 마이크로그리드든, 고정형 에너지 저장에서는 부피와 무게가 고려 대상이 되지 않는다.
대신 장시간 충전 상태를 유지하는 능력, 낮은 자본비, 긴 수명이 모두 총 LCOE와 경제성에 영향을 미쳐 대체 배터리 화학 계열에도 경쟁할 기회를 줄 것이다.
또한 이러한 대체 배터리 설계는 아직 대규모로 양산되지 않고 있다. 생산량이 늘어나기 시작하면 LCOE가 더 낮아질 가능성이 높다는 뜻이다.
따라서 가정용이나 전기차용이 아닌 분야에서는 바나듐 레독스 흐름전지와 같은 새로운 화학계가 차세대 확장 기술이 될 수 있습니다. 하나의 배터리 화학계가 시장을 지배할 것이라고 전제하기보다, 용도에 맞춰 저장 기술을 선택하는 흐름이 나타나고 있습니다.
적합한 기술을 보유한 기업을 제대로 선택한다면 수익성 있는 투자 기회가 될 수 있습니다. 특히 AI 데이터센터 건설이 확대되면서 에너지 공급을 안정적으로 확보할 더 나은 방안이 절실히 요구되고 있습니다.
그럼에도 투자자들은 리튬이온 외에도 바나듐 레독스 흐름전지뿐 아니라 다양한 대체 화학계가 있다는 점을 유념해야 합니다. 이 주제를 다룬 보고서에서 살펴본 것처럼, 해당 연구의 계산은 재생에너지 공급의 대부분이 풍력에서 나올 때 가장 적합한 결과를 보였습니다. 태양광 중심의 에너지 구성에서는 결과가 달라질 수 있으며, 다른 유형의 에너지 저장 시스템이 더 유리할 수 있습니다.
흐름전지 투자
Invinity Energy Systems
IES 가격 차트
redT Energy와 Avalon Battery의 합병으로 2020년에 설립된 Invinity Energy Systems는 전력망용 바나듐 흐름전지(VFB)를 제조하는 세계적인 선도 기업입니다.
더 견고한 설계 덕분에(운용 수명 30년 이상) 이 회사의 VFB는 리튬이온 배터리보다 수명 전체에 걸쳐 3.8배 많은 에너지를 공급합니다.
또한 태양광 및 풍력 발전 설비의 수명과도 맞아떨어져 재생에너지 생산과 자연스럽게 결합됩니다.
출처: Invinity
이러한 내구성은 배터리의 작동 방식에서 비롯됩니다. 액체 상태에서 일어나는 반응이 완전히 가역적이기 때문입니다. 따라서 금속 석출, 수지상 결정 형성, 상변화 등 리튬이온 배터리의 고장 원인이 전혀 없는 시스템을 구현할 수 있습니다. 또한 열폭주 위험이 전혀 없고 염소 가스가 방출되지 않으며 단락으로 인한 열 사고 위험도 없어 안전성이 크게 향상됩니다.
이 회사는 전 세계 90건이 넘는 프로젝트에 총 9 GW의 배터리 용량을 구축했습니다. 여기에는 캐나다 최대 규모의 흐름전지 설비인 앨버타주의 8.4 MWh Chappice Lake 태양광·에너지저장 프로젝트, 영국 이스트서식스의 Copwood VFB 에너지 허브에 설치된 20.7 MWh 규모의 VS3 바나듐 흐름전지 시스템, 그리고 Dairyland Power Cooperative에 자사의 Endurium 바나듐 흐름전지 43 MWh를 공급할 예정인 계약이 포함됩니다.
앞으로 이 회사의 최대 프로젝트가 될 사업은 FlexBase Laufenburg 스위스 프로젝트로, 배터리 용량은 1.5 GWh이며 후속 단계에서 최대 2.1 GWh까지 확대할 계획입니다.
다만 투자자들은 이 회사가 아직 설립된 지 얼마 되지 않은 스타트업이며, 사업 규모를 키우려면 추가 자금이 필요하다는 점을 유념해야 합니다.
운전자본을 확충하고 제품 개발을 가속하기 위해 2,500만 파운드의 자금 조달 계획을 발표하자 주가는 무려 38% 급락했습니다. 조달액은 기관 배정 1,000만 파운드, National Wealth Fund 1,220만 파운드, 일반 투자자 대상 공모 280만 파운드로 구성됐습니다. 신주 발행가가 당시 거래 가격보다 43% 낮은 10펜스로 책정된 것이 주가 급락의 원인이었습니다.
수익성을 높이고 향후 자금 조달 필요성을 줄이기 위해 회사는 2030년까지 비용을 66% 절감하는 것을 목표로 하고 있으며, 절감 효과의 대부분은 2027년 말까지 실현될 것으로 예상합니다.
출처: Invinity
따라서 투자자들은 회사의 가치를 면밀히 평가하고, 2026년 10월의 주가 급락이 할인된 가격에 매수할 기회인지 아니면 심각한 경고 신호인지 판단해야 합니다.
(이 분야의 다른 투자 대안을 알아보려면 저희의 “투자할 만한 배터리 주식 10선” 기사도 읽어 보세요.)
Invinity Energy Systems(IES) 최신 주식 소식 및 동향
참고 연구
1. Jimin Hong과 Yosoon Choi. AI 데이터센터용 독립형 재생에너지 마이크로그리드의 에너지 저장 기술에 대한 기술·경제성 비교 평가. Journal of Engineering Research. 2026년 10월 19일. 10.1016/j.jer.2026.10.038
