대체 전력을 시험하고 있는 데이터센터

데이터센터 관리자들을 위한 황금률이 있다면, 다음과 같을 것이다.

“전원은 건드리지 말라.”

거의 모든 데이터센터에서 전원은 AC 전력이었으며, 개인용 칸막이에 있는 단독형 PC부터 아주 커다란 서버 팜(Server Farm)에 이르기까지 모든 것에 있어서 아주 잘 동작해 왔다.

하지만, 데이터센터 전력 사용은 급격하게 증가하고 있으며, EPA는 향후 5년간 데이터센터 에너지 요구량이 2배로 증가할 것이라고 예측했다. 이에 따라 일부 기업은 태양 전지 판(Solar Array), 천연 가스 터빈, 풍력, 연료 전지 그리고 수력 전력 등을 포함한 대체 전력 소스로 눈을 돌리고 있다.

중요한 질문은 이런 전력 자원들이 필요로 하는 만큼의 ROI(Return on Investment)를 제공할 수 있는 지의 여부와 그런 ROI가 실현될 때까지는 얼마나 걸릴지이다. 네머티스 리서치 그룹에서 그린 IT를 연구하고 있는 애널리스트 테드 리터는 “ROI가 대체 전력으로 관심을 돌리게 하는 주된 요인”이라고 강조했다.

리터는 많은 기업들이 지금 당장은 대체 전력 자원에 대한 투자를 정당화하는데 애를 먹고 있다고 말했다. 특히, 단순히 AC를 보완하는 것과는 정반대로 이미 건물 안에 들어와 있는 신뢰성 있는 AC 전력을 완전히 대체하는 것을 의미할 때는 더더욱 애를 먹는다.

대체 전력으로의 이전을 심사숙고 하고 있다면, 고려해야 할 또 다른 요인은 신뢰할 수 있는 새로운 백업 전력도 찾아야 할 필요가 있다는 점이다. 그리고 이는 추가 비용과 다른 다양한 과제도 야기할 수 있다.

하지만 이미 적지 않은 기업과 단체가 이런 문제를 해결했으며, 많은 경우, 15년 안에 풀 패키지가 등장할 것으로 예상하고 있다.

캘리포니아 주정부 기관의 태양열 발전

미국 캘리포니아주 샌디에고의 NCTD(North County Transit District)에서는 태양열이 대체 전력으로써 가장 확실한 선택이었다. 비록 NCTD가 해변 근처에 있기는 하지만, 이 지역의 바람은 실용적인 전력 옵션이 되기에는 충분히 안정적이지 않았다. 이 데이터센터는 비교적 작지만, 모든 발권 시스템과 환승역에 있는 보안 카메라로부터의 비디오를 처리해 매년 약 1,200만 명의 대중 교통 사용자들에게 서비스를 제공하고 있다.

NCTD는 AC 전력 사용에 대한 크레딧을 확보하기 위해 태양열 발전 수단을 이용해 생성한 전력을 지역 전기 사업체에게 되팔기도 한다.

NCTD의 CIO인 안젤라 밀러는 자신의 그룹이 그린 IT를 채택해서 더 나은 환경 시민이 될 필요가 있다고 느꼈다고 말했다. 데이터센터 재설계의 일환으로, 이 기관은 30개의 판으로 구성된 태양열 전지판과 기존 서버와 스토리지 시스템에 대한 가상화 기술 도입, 그리고 랙 안에 있는 뜨거운 공기를 내보내서 장비를 냉각하는데 도움을 주는 신규 포드(Pod)에 약 60만 달러를 투여했다.

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NCTD는 캘리포니아주 법률이 허용하는 대로 AC 전력 사용에 대한 크레딧(Credit)을 확보하기 위해 태양열 발전 수단을 이용해서 생성한 전력을 지역 전기 사업체에게 되팔기도 한다.  이는 태양열 전력 계획이 이익 중심점이 되었음을 의미한다. 이 태양열 전지판은 건물용 전력은 직접 발전하지 않는다.

지역 전력회사가 NCTD에 AC 전력을 판매하면, 그 다음에는 NCTD가 데이터센터 사용량에 대한 100% 크레딧으로 전력 회사에 태양열 에너지를 판매하는 것이다. NCTD는 건물의 모든 AC 전력을 상쇄하기 위한 5개년 계획을 가지고 있는데, 현재 15KWh의 태양열 전력을 발전하고 있지만, 이번 달에는 최대 450메가와트로 증설해서 5년 안에 1MWh를 달성할 계획이다.

밀러는 “태양열은 데이터센터 재설계 프로젝트가 ROI를 갖게 한 장본인”이라고 덧붙였다.

시스템 통합업체인 로지칼리스 그룹(Logicalis Group)의 인프라 컨설팅 사업부의 컨설팅 이사인 밥 모바흐는 NCTD가 데이터센터를 재설계하는데 도움을 주었는데, 대체 전력을 사용해서 ROI를 구현하기 위한 핵심은 가상화를 도입하는 것이라고 설명했다. NCTD는 대체 전력 자원을 설치하기 전에 더욱 전력 효율적인 환경을 구현하기 위해 가상화로 눈을 돌린 것이다. NCTD의 데이터센터는 현재 약 80%가 가상화되었으며, 바로 그 점이 태양열 전지 어레이가 그렇게 성공적인 전력 자원이 된 주요 이유이다.

밀러는 “가상화는 아주 많은 이유에서 핵심적이었다”고 평가하고 있다. 새로운 구성은 훨씬 더 효율적이고, 하드웨어를 더 잘 활용해서, 데이터센터의 크기를 더 작게 만들어서 더 적은 수의 사람으로 더 쉽게 관리할 수 있다. 밀러는 “실제 물리적인 크기가 랙에서 더 이상 사용할 수 있는 슬롯이 없는 상태에서 랙이 겨우 절반만 사용되는 상태로 줄어들었음에 반해서 올해에는 애플리케이션 개수를 늘렸다”고 설명했다.

하지만 문제도 있다. 밀러는 “비용 절감을 실현하고 싶다면, 성능을 감시하고 조정하는 것이 더 낫다. 그렇지 않으면 동일한 실수를 전파하게 된다”고 강조했다.

애널리스트들은 NCTD같은 시도를 칭찬하는 한편, 태양열 전원이 결코 모든 데이터센터에 어울리는 것은 아니라는 점을 지적한다. 포레스터의 대체 전력 연구 애널리스트인 더그 워시번은 “태양열 에너지에서 얻을 수 있는 효율성 수준은 데이터센터의 위치에 의해서 좌우된다”며, “태양이 자주 비치는 지역에 있다면, 태양열에 대한 투자를 활용할 수 있다”고 말했다.

태양열이 최상의 데이터센터 전력 자원이 아닐 수도 있는 또 다른 이유 중 하나는 일반적인 사무실 복합단지에 비해 데이터센터가 평방피트 당 10~100배나 더 많은 에너지를 사용하기 때문이다. 또한, 데이터센터의 운용에서는 복원력과 가동시간이 너무 중요해서 “데이터센터 대부분의 전력을 태양열로 공급할 수 있을 것이라고 생각하는 것은 극히 위험하고 아마도 무모한 일”이라고 덧붙였다.

긍정적인 측면으로, 워시번은 하루 종일 해가 비치는 지역에 위치한 데이터센터에서는 태양열이 실용적일 수도 있다고 지적했다. 그리고 태양열은 “눈에 보이는” 전력 장원이므로, 태양열 전지 어레이를 설치하는 것은 주변 공동체에 재생 에너지와 지속성에 헌신적임을 입증하는 방법이기도 하다.

워시번은 가상화가 태양열 프로젝트의 핵심이라는데 동의했다. 머신당 호스트 개수를 늘리고, 스토리지를 통합하며, 가상화된 장비를 폐기하면 에너지 자원을 전환하기 전에도 더 효율적인 데이터센터를 만들 수 있다고 강조했다.

시라큐스 대학의 천연 가스

시라큐스 대학(Syracuse University)의 CIO인 크리스토퍼 시도어는 북부의 뉴욕 대학원이 직접 전력을 생산하기 위해서 캡스톤 터빈(Capstone Turbine Corp.)의 천연 가스를 연료로 사용하는 마이크로터빈을 사용하는 데이터센터를 구축용으로 약 1,200만 달러를 지출했다고 말했다. 마이크로터빈이란 기본적으로 천연 가스를 사용하는 제트 엔진으로, 발전기에 전력을 제공한다. 이 터빈은 대학 데이터센터용으로 약 0.5메가와트의 전력을 생산하며, 인접 건물의 전력 공급을 포함한 다른 용도로 200킬로와트도 생산한다.

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이 터빈은 대학이 열병합 발전을 가능케 하는데, 이는 터빈이 데이터센터나 인접 건물에 대해 열과 전력을 동시에 생산할 수 있음을 의미한다. 대학은 터빈이 발전한 여분의 전력을 지역 전력 회사에 되팔 수도 있다.

시라큐스대학은 천연가스 마이크로터빈을 포함한 데이터센터에 1,200만 달러를 투자했다.

이 터빈은 터빈으로부터의 배기열을 데이터센터를 냉각하는 냉수로 변환하는 2개의 150톤짜리 폐열 이용 흡수식 냉동기 구동한다. 겨울에 대학은 데이터센터 냉각을 위해 외부의 찬 공기를 이용하고 터빈이 발생시킨 더운 물은 인접 건물의 난방에 사용한다.

시도어는 비록 ROI를 명시하기는 거절했지만, 가스 터빈의 ROI를 결정하기 위해서 몇 가지 요인을 고려한다고 말했다. 한 가지 요인은 연구 시설로써 본관 일부를 사용하고 있는 IBM과 협력관계를 맺고, IBM이 일부 설비에 대한 비용을 지불케 하는 것이다. 시도어는 IBM이 얼마나 투자하고 있는지는 밝히지 않았다. 그는 전체 그림을 보기 위해서 전력 생산 비용을 전력 구매 비용과 비교해보기도 했다.

시도어의 설명에 따르면, 천연 가스를 사용하는 마이크로터빈을 사용한 열병합 발전이 매력 있는 옵션이 되기 전에는, 지역 전력 비용이 KWh 당 최소 12센트였으며 천연 가스 가격은 “적절해야만 했다.” 뉴욕의 천연 가스 가격은 1천 평방피트당 약 16달러로, 플로리다나 캘리포니아보다 훨씬 더 낮다.

시도어는 “열병합 발전을 실용적으로 만들기 위해서는 열병합 발전의 부산물인 겨울철 난방과 여름철 냉방에 대한 대체 활용방안을 마련할 필요가 있으므로 기후가 중요한 요인”이라고 설명했다. 난방과 냉방의 혼합은 많은 지역에서 이상적이지만, 연중 기후가 온난한 지역의 사용자는 난방이란 이점을 인식하지 못할 것이다.

열병합 발전과는 별개로, 천연 가스 터빈은 다른 기능도 제공할 수 있다. 일부 대도시 지역은 기관이 사용할 수 있는 전력량을 제한할 수 있다. 시도어는 “추가 전력을 제공하기 위해 지붕에 터빈을 설치하는 것도 의미가 있을 수 있다”고 덧붙였다.

오마하 퍼스트 내셔널 뱅크의 연료 전지

데이터센터 전력공급을 위한 가장 유망한 신기술 중 한 가지는 수소 연료 전지이다. 수소 연료 전지는 어떤 유해 배출물도 만들어내지 않으므로, 버라이즌이나 홀 푸즈, 구글 같은 곳에서는 사무실이나 소매 점포에서 대체 전력 자원으로 수소 연료 전지를 선택하고 있다.

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가격이 엄청나므로 데이터센터에 전력을 공급하기 위해서 연료 전지를 사용하는 조직은 몇 안 된다. 하지만 오마하 퍼스트 내셔널 뱅크(Omaha First National Bank)는 그런 시스템이 신뢰성이 있다는 이유로 1999년에 연료 전지로 전력을 공급하는 20만 평방피트의 데이터센터를 구축했다. 데이터센터는 거의 미식 축구장 크기이다. 성처럼 마른 해자로 둘러싸여 있으며, 4대의 200킬로와트 연료 전지 발전기가 전체 전력을 공급한다. 그럴 가능성은 없지만, 데이터센터의 연료 전지 전력이 끊기면, 로터리식 UPS 시스템이 단기간의 부하를 감당할 수 있다.

캘리포니아 주 롱 비치에서 열린 국립 수소 협회 연례 총회에 전시된 연료 전지 장치. 사진 : Mario Anzuoni/로이터통신

퍼스트 내셔널 빌딩의 사장 브렌다 둘리는 “연료 전지를 사용해서, 우리는 99.99999% 혹은 연 간 2~3초의 다운시간이란 신뢰성을 확보했다”고 강조했다. 이 회사는 은행의 자회사로 부동산과 설비 관리를 담당하고 있다. 둘리는 또 “우리는 백업 배터리를 장착한 시스템부터 시작했다. 전력이 끊겼는데, 배터리가 없는 경우가 있었다. 우리는 신뢰성을 위해 이 작업을 했다”고 덧붙였다.

둘리는 데이터센터에서 수행되는 신용카드 처리는 고도의 신뢰성을 요구한다고 설명했는데, 단 1시간의 다운시간이 600만 달러에 달하는 손실을 가져올 수도 있다.

은행도 연료 전지를 사용하는 것이 비싸다는 것을 알고 있었다. 네브라스카의 AC 에너지 가격은 KWh당 겨우 5센트 정도에 불과한 반면, 연로 전지로 생산한 전기는 KWh당 약 12센트에 달했다. AC 전력을 사용하는 데이터센터를 구축하는 데는 220만 달러가 들었을 것이다. 연료 전지를 사용하기로 한 결정은 가격표를 340만 달러로 올려 놓았다. 둘리는 은행에서 분실한 거래가 없었기 때문에 투자한 만큼 가치가 있으며, ROI도 훌륭하다고 말했다.

물론, 모든 기업이 그런 대단한 신뢰도에 더 높은 가격을 기꺼이 지불할 준비가 되어있는 것은 아니다.

네머티스의 애널리스트 리터는 “연료 전지는 더 큰 데이터센터를 지원하기에 충분한 양이나 확장성에는 도달하지 못하고 있다”며, “장래에는, 일부 데이터센터에는 백업 AC 전력용  발전기에 장착할 수 있는 것에 대한 규정이 있으므로 백업 전력 자원으로써는 큰 가능성을 가지고 있다”고 평가했다.

대체 전력 자원 사용을 고려할 때 숙고해야 할 한 가지는 지역 전력 회사가 이미 안정적인 서비스를 제공하고 있는지의 여부라고 말했다. 리터는 오마하 퍼스트 내셔널 뱅크가 정전 사태를 겪지 않기를 원했기 때문에 더 신뢰성 있는 전력원에 훨씬 더 많은 비용을 지불할 준비가 되어 있었던 것이라고 말했다. 실제로, 둘리도 은행이 과거에 매년 1~2회의 정전을 겪어왔다고 확인해 주었다. 이런 정전은 대개 몇 분 정도지만, 분실한 거래 때문에 수 천 달러가 드는 경우가 있었던 것으로 알려졌다.

대체 전력은 데이터센터에서 미래가 밝다. 기존의 에너지 가격이 천정부지로 상승하면 장차 다른 옵션이 없을 수도 있다. 태양열 전력, 가스 터빈, 연료 전지 또는 파도의 힘을 동력화하는 기술 등 새로운 옵션 중 그 어떤 것이 되었던 간에, 새로운 전력 자원이 미래의 데이터센터에서 역할을 할 것은 확실하다.