AI 서버 전력밀도 5년 새 11배…2030년 데이터센터 배터리 20~25GW 전망
순간 전력변동 대응하는 UPS·BBU 부상…K배터리 고부가 시장으로
AI 데이터센터가 전기를 많이 쓴다는 건 이미 알려진 얘기다. 이제 배터리 업계가 보는 건 전력 사용량만이 아니다. AI 연산 과정에서 순간적인 전력 변동이 커지면서 이를 데이터센터 내부에서 받아주는 배터리의 역할도 달라지고 있다.
전기차 수요 둔화 이후 대규모 에너지저장장치(ESS)가 배터리 업계의 새 시장으로 떠올랐다면, 수요는 데이터센터 안쪽으로도 향하고 있다. 무정전전원장치(UPS)에서 서버 랙에 붙는 배터리 백업 유닛(BBU)까지다. 가격 경쟁이 거센 대형 ESS와 달리 고출력과 빠른 응답속도가 요구되는 시장이라는 점도 눈에 띈다.
전력밀도 11배…커지는 순간 피크
국제에너지기구(IEA)에 따르면 AI 서버의 전력밀도는 2020년부터 2025년까지 11배 높아졌다. 2027년까지는 여기서 다시 4배 증가할 전망이다. 이때 첨단 데이터센터의 서버 랙 하나가 최대 부하에서 사용하는 전력은 65가구의 피크 전력수요와 맞먹는다.
전력 사용량만 늘어나는 것도 아니다. AI 모델을 학습하거나 추론할 때는 연산 부하에 따라 전력 소비가 짧은 시간 안에 크게 움직인다. IEA는 AI 학습과 모델 사용 과정에서 크고 빠른 전력 변동이 나타나면서 안정적인 전력 공급을 위한 에너지저장장치의 중요성이 높아지고 있다고 분석했다.
엔비디아는 이 문제를 서버 전원장치에서 직접 다루기 시작했다. 최신 AI 서버 GB300 NVL72의 전력공급장치(PSU)에 에너지 저장 기능을 넣었다. 연산 부하가 낮을 때 에너지를 저장했다가 GPU가 순간적으로 많은 전력을 끌어쓸 때 내보내는 방식이다.
대규모언어모델(LLM) 학습 환경에서 시험한 결과 전력망에서 감지되는 피크 전력수요는 기존보다 최대 30% 줄었다. 전원장치 내부 공간의 약 절반을 에너지 저장용 커패시터가 차지한다.
정전 때 서버를 유지하는 데 머물렀던 저장장치의 역할이 정상적인 운영 과정에서 발생하는 전력 변동을 흡수하는 쪽으로 넓어진 셈이다. IEA는 2030년 전 세계 데이터센터에 20~25GW 규모의 배터리 저장장치가 설치될 것으로 내다봤다.
UPS 지나 서버 랙까지…달라지는 배터리 역할
저장장치가 들어가는 위치도 서버와 가까워지고 있다. UPS가 데이터센터 단위에서 전력 공급을 받쳐준다면 BBU는 개별 서버 랙에 설치돼 전력 공백이나 급격한 변동에 대응한다.
같은 배터리를 쓰지만 대형 ESS와 요구되는 성능은 다르다. 대형 ESS가 수시간 동안 전력을 저장하고 내보내는 용량과 가격 경쟁력이 중요하다면, 데이터센터 내부에서는 짧은 순간 필요한 출력을 얼마나 빠르고 안정적으로 공급하느냐가 중요하다.
조한제 삼성SDI 전략마케팅실장 부사장은 지난 7월 2분기 실적 콘퍼런스콜에서 “UPS와 BBU는 데이터센터의 백업 전력원으로 사용되는 제품 특성상 순간적인 고출력 성능과 높은 안전성이 필수적으로 요구돼 고객들의 제품 채택 기준이 매우 까다롭다”고 말했다.
삼성SDI는 UPS와 BBU 시장에서 각각 40~50% 수준의 점유율을 확보하고 있다. 회사는 올해 두 제품군의 배터리 매출이 각각 전년 대비 70% 이상 늘어날 것으로 전망했다.
수요는 실적에도 나타나고 있다. 삼성SDI는 올해 2분기 7개 분기 만에 영업흑자로 돌아섰다. 회사는 상반기 실적 개선 배경 가운데 하나로 대형 ESS와 함께 UPS·BBU 등에 들어가는 AI 데이터센터용 고출력 제품 수요 증가를 꼽았다.
가격보다 출력…달라지는 경쟁 기준
데이터센터 내부용 배터리는 가격에서도 차이가 난다. 미래에셋증권은 삼성SDI의 데이터센터 BBU용 고출력 18650 원통형 배터리의 kWh당 평균판매가격(ASP)이 저가형 중출력 제품보다 최소 70% 높은 것으로 추정했다. 삼성SDI ESS 사업에서 상대적으로 수익성이 높은 UPS 비중도 20~30%까지 확대될 가능성이 있다고 봤다.
LG에너지솔루션도 데이터센터 안쪽으로 제품군을 넓히고 있다. 전력망용 BESS에서 차세대 UPS, 고성능 서버용 BBU까지 AI 데이터센터용 배터리 포트폴리오를 구축했다. 올해 상반기 전체 ESS 매출은 전년 동기보다 4.6배 늘었고 AI 데이터센터 프로젝트를 포함한 신규 수주는 3조원을 넘어섰다.
LG에너지솔루션은 AI 데이터센터의 자체 전력 인프라 구축이 늘면서 전력 부하 변동을 줄이는 BESS뿐 아니라 UPS와 BBU까지 배터리 적용 분야가 확대될 것으로 보고 있다.
전기차 수요 둔화 이후 배터리 업계는 대형 ESS로 생산과 수주처를 넓혔다. 그 시장에서는 이미 가격 경쟁이 시작됐다. AI 데이터센터 내부 시장은 조금 다르다. 저장 용량을 얼마나 싸게 확보하느냐보다 필요한 순간 얼마나 빠르고 안정적으로 전력을 내보내느냐가 경쟁력을 가른다.
