SMR, 온사이트 데이터 센터 전력 분야에서 입지를 넓히다
(출처: Infinitylight/stock.adobe.com; AI로 생성)
2026년 5월 22일
일부 시장에서는 전력이 데이터 센터 확장의 가장 큰 제약 요소로 떠오르고 있다.[1] 북부 버지니아, 텍사스, 미국 서부 일부 지역 등 주요 데이터 센터 밀집 지역의 개발자들은 이 거대한 시설을 가동하는 데 필요한 충분한 전력을 확보하는 데 어려움을 겪고 있다. 부지가 건설 준비를 마친 후에도 전력을 확보하는 데는 수년이 걸릴 수 있다. 이러한 지연은 종종 대규모 신규 부하를 전력망에 연결하는 데 필요한 시간 때문에 발생한다.
이러한 제약이 실재함에도 불구하고, 데이터 센터에 대한 수요는 조만간 둔화될 기미가 보이지 않는다. 국제에너지기구(IEA)[2]와 미국 에너지부(DoE)[3] 같은 기관들은 인공지능(AI) 워크로드의 영향으로 데이터 센터의 전력 사용량이 10년 내에 두 배로 증가할 수 있다고 전망한다.
전력망 업데이트를 기다리거나 긴 승인 주기를 거치는 대신, 일부 하이퍼스케일 운영자들은 전력 발전을 직접 확보하거나 시설과 함께 구축하는 방안을 선택하고 있다. 이 방식을 통해 전력은 외부 의존성이 아닌 시스템 아키텍처의 일부가 된다.
이 글에서는 이러한 변화가 전력 시스템 설계에 어떤 영향을 미치는지, 소형 모듈 원자로(SMR)가 어디에 적합한지, 그리고 엔지니어들이 전력 발전 측면에서 무엇을 고려해야 하는지 살펴본다.
"자체 전력 확보(Bring Your Own Power)", 말 그대로의 의미만은 아니다
온사이트 전력 발전은 종종 "자체 전력 확보"라고 불리지만, 이 작업에는 여러 가지 접근 방식이 존재한다.
아이다호 국립 연구소(Idaho National Laboratory)의 원자력 과학 및 기술 최고 기술 책임자이자 원자로 개발 책임자인 브라이언 M. 스미스(Brian M. Smith)에 따르면, "자체 전력을 확보한다는 것이 항상 전력망에서 분리된 환경(grid-islanded environment)에 존재한다는 것을 의미하지는 않는다."
단독 전력망(grid-islanded) 구성에서 데이터 센터는 전력 회사와 독립적으로 운영되며 자체 발전 및 전력 관리 시스템에 의존하여 가동을 유지한다. 이러한 유형의 제어는 전력망 접근이 제한된 지역에서 특히 매력적이다.
하지만 모든 운영자가 전력망 연결을 유지함으로써 얻는 이점을 기꺼이 포기하려는 것은 아니다. 전력망 접근은 온사이트 발전이 가능한 경우에도 이중화(redundancy) 계층을 추가할 수 있다.
스미스가 설명하듯, "어떤 데이터 센터 개발자들은 '전력망에서 이중화를 원하기 때문에 절대로 단독 전력망 환경을 원하지 않는다'고 말하기도 한다."
이와 반대 방향으로 움직이면서, 지연과 불확실성을 초래할 수 있는 시스템으로부터의 독립을 최우선 과제로 삼는 이들도 있다.
"또 다른 사람들은 '여기서 벗어나게 해달라... 상호 연결을 다루고 싶지 않다. 내가 원하는 것은 단독 전력망이다'라고 말한다."
하지만 제한된 공간에서 대량의 지속적인 전력을 공급하는 것은 모든 에너지원이 할 수 있는 일은 아니다. SMR은 이 분야에서 고려되고 있는 기술 중 하나이다.
제약 조건에 부합하는 전력원
SMR은 데이터 센터가 직면한 특정 제약 조건과 잘 맞는 특성을 가지고 있다 (그림 1). 전통적인 발전에 비해 적은 면적에서 높은 전력 출력을 제공할 수 있어 넓은 토지 없이도 발전 시설을 부하(load)에 더 가깝게 배치할 수 있다. 이는 공간이 제한되어 있거나 송전 용량이 부족하거나 허가 일정으로 인해 확장이 제한되는 장소에서 매우 유용한 특징이 될 수 있다.
그림 1: 내부 구조와 구성을 강조한 SMR 콘셉트의 단면도. (이미지 출처: 아이다호 국립 연구소 일러스트레이션 제공)
시설과 발전 시설을 함께 배치(colocate)하려는 운영자들은 종종 가용 토지의 제한을 받기 때문에 원자력의 높은 에너지 밀도는 실질적인 이점이 된다. 스미스의 설명처럼, 원자력의 에너지 밀도는 개발자들이 "수십 에이커의 면적에서... 수백 메가와트의 전력을 얻을 수 있게" 해주며, 다른 발전 옵션에 수반되는 공간적 요구 사항 없이도 대규모 전력을 공급할 수 있게 해준다. 참고로 1에이커는 약 0.405헥타르(ha)이다.
이러한 시스템이 어떻게 구축되고 배치되는지는 비용, 일정 및 실현 가능성에 직접적인 영향을 미친다. SMR은 전통적인 대규모 인프라 접근 방식보다는 모듈화된 공장 기반 설계에 가깝다. 이는 통제된 외부(off-site) 제조 환경에 복잡성을 도입한다. 이렇게 함으로써 비용과 일정의 예측 가능성이 향상되며, 이는 개발자와 투자자에게 전체 프로젝트 비용만큼이나 중요할 수 있다.
또한 SMR의 운영 특성도 매력적이다. 원자력 시스템은 지속적으로 가동되며 종종 90% 이상의 시간 동안 전력을 생산한다.[4] 이러한 수준의 일관성은 안정적인 전력원을 통해 데이터 센터 전력 수요의 대부분을 충족할 수 있게 해주며 백업 시스템의 필요성을 줄여준다.
SMR은 또한 데이터 센터가 더 다양한 위치에 건설될 수 있도록 지원한다. 스미스는 "완전 공랭식인 원자로도 있다. 냉각에 물을 사용하지 않는데... 이는 물이 부족한 환경, 예를 들어 텍사스나 애리조나 일부 지역 등에 좋은 기회가 될 것으로 보인다"라고 말한다. 냉각 방식은 원자로 및 보조기기(BoP, balance-of-plant) 설계에 따라 다르다. 일부는 물 수요를 최소화하기 위해 건식(공기) 냉각을 강조하는 반면, 다른 일부는 여전히 보조 시스템을 위해 물을 필요로 할 수 있다. 이는 수자원 가용성이 제한될 수 있는 지역에서도 배치 옵션을 넓혀준다.
그러나 원자력 발전을 데이터 센터에 통합하는 것은 단순히 기존 전력 아키텍처의 연장선에 있는 것이 아니다.
"원자로를 데이터 센터에 연결하는 것만큼 간단한 일이 아니다"라고 스미스는 지적한다. "데이터 센터가 이를 어떻게 활용하는지, 그리고 전력 관리 아키텍처는 어떻게 되는지... 이것이 자체 전력 확보 프레임워크의 중요한 구성 요소이다."
문제는 원자로가 아니다
SMR이 제공하는 이점이 자동으로 작동하는 시스템을 만들어내는 것은 아니다. 원자로는 일정한 출력으로 가동되지만 데이터 센터는 그렇게 작동하지 않는다. 원자로는 출력을 조정할 수 있지만 그 속도가 느리다. 변화는 초 단위가 아닌 분 단위로 측정된다. 데이터 센터는 완전히 다른 시간 척도로 작동한다. 스미스의 설명처럼, 부하 변화는 밀리초 단위로 발생할 수 있으며, 일부 AI 워크로드에서는 단 1분 안에도 수요가 대략 20%에서 80% 사이를 여러 번 오갈 수 있다.
원자로와 부하 사이의 모든 것이 매우 중요해진다. 고성능 컴퓨팅, 특히 AI 워크로드와 관련된 컴퓨팅은 안정적인 발전원이 따라갈 수 없는 방식으로 전력 수요를 오르내리게 할 수 있다.
스미스는 "항상 그 사이에 무언가가 있어야 한다"며 "그것들은 보통 배터리... 그리고 무정전 전원 공급 장치(UPS) 시스템이다"라고 말한다.
이러한 시스템은 단순한 백업 이상의 역할을 담당한다. 급격한 수요 변화를 흡수하고 전력 공급을 원활하게 하며 시설 전체에 전력이 이동할 때 안정적인 상태를 유지한다. SMR의 전력은 서버 랙으로 바로 이동하지 않는다. 변환, 분배, 조정 등의 여러 단계를 거치며 각 단계는 끊임없는 변화를 견뎌내야 한다.
시스템이 전력망에 연결되어 있을 때는 이러한 과정 중 일부가 시설 외부에서 일어난다. 하이브리드 또는 단독 전력망(grid-islanded) 설정에서는 이러한 책임이 시설 내부로 이동할 수 있다. 데이터 센터는 발전, 저장 및 부하를 조율해야 한다.
가시화되고 있는 SMR
데이터 센터를 위한 SMR의 본격적인 배치가 아직 실현되지는 않았지만, 분명 그 방향으로 나아가고 있다. 발전 시설의 공동 배치(colocate)가 비교적 용이한 산업 현장에서는 이미 프로젝트가 진행 중이다.[5] 데이터 센터들 역시 동일한 기본 모델을 검토하고 있다. 대규모 제조 시설에 전용 전력과 증기를 공급하기 위해 여러 원자로가 개발 중인 텍사스의 다중 유닛 SMR 프로젝트가 그 예이다.[6]
미국 에너지부(DoE)의 연방 프로그램은 파일럿 및 시범 프로젝트를 통해 차세대 원자로 설계를 지원함으로써 개발을 가속하고 있다. 아이다호 국립 연구소(INL)에서는 이러한 노력이 실제 운영 환경으로 옮겨가고 있다. 원자로가 자체적으로 가동될 때뿐만 아니라 저장 시스템과 동적 부하에 연결되었을 때 어떻게 성능을 발휘하는지 측정하기 위한 테스트 플랫폼이 구축되고 있다.[7]
최근까지 SMR은 주로 전력망 중심의 애플리케이션을 지원했지만, AI 기반 워크로드로 인해 대규모 기술 기업들이 공동 배치 발전 방식 탐색에 나서게 되었다.
구글(Google)[8]과 아마존(Amazon)[9] 같은 기업들은 카이로스 파워(Kairos Power) 및 엑스에너지(X-energy) 같은 개발사들과 직접 협력하여 SMR이 미래의 데이터 센터 용량을 어떻게 지원할 수 있을지 모색하고 있다. 이러한 파트너십은 전력망에서 공급되는 전력에만 의존하기보다는 전용 또는 공동 배치 발전 모델이 다가오고 있음을 시사한다.
이제 초점은 SMR이 작동할 수 있다는 것을 증명하는 것이 아니라 더 큰 시스템에 어떻게 들어맞는지를 구체화하는 데 맞춰져 있다. 대규모 배치를 가능하게 하기 위해 원자로 기술과 함께 제조 방식, 공급망 및 지원 인프라가 개발되고 있다.
INL에서는 여러 시범 원자로가 2026년까지 초기 가동에 도달할 예정이며, 이는 기술이 설계 단계에서 실제 배치 단계로 진입함을 의미한다. 이 시스템들은 아직 대규모로 상용화되지는 않았지만 상용화를 향한 중요한 진전이다. 스미스는 "이번 10년 안에 상업적 배치를 볼 수 있을 것이라 생각한다"라고 말했다.
그 시점에 도달한다고 해서 모든 작업이 끝나는 것은 아니다. 초기 배치는 제한적일 가능성이 높으며, 광범위한 확산은 지원 인프라가 얼마나 빨리 확장될 수 있는지에 달려 있다. 연료 생산 및 농축 용량은 원자로 배치와 함께 확장되어야 하며, 이러한 시스템에 필요한 부품의 공급망은 아직 구축 중이다. 대규모로 차세대 원자로를 배치하려면 특수 엔지니어링, 건설 및 운영 전문 지식이 필요하기 때문에 인력 확보 또한 중요한 요소이다.
성장의 다음 단계는 산업을 2030년대로 이끌 것이다. 일부 초기 상업용 시스템은 그 전에 가동될 수 있지만, 이를 널리 보급하려면 제조, 연료 인프라 및 규제 프레임워크 전반에 걸친 지속적인 조정이 필요하다. 스미스가 말했듯, 초기 배치 이후에도 "규모를 확장하기 위해 계속해서 모두가 힘을 모아야 할 것이다."
맺음말
데이터 센터는 전력과 새로운 관계를 맺고 있다. 과거에는 전력을 단순히 공급받았지만, 이제는 시스템 내부에서 설계, 통합 및 관리되고 있다. 적은 면적에서 고밀도의 지속적인 전력을 공급할 수 있는 능력 덕분에 SMR은 향후 데이터 센터 전력 이야기의 중요한 일부가 될 것이며, 데이터 센터가 직면한 규모 및 위치 제약을 지원할 수 있는 몇 안 되는 현실적인 옵션 중 하나로 자리매김할 것이다.
[1] https://www.iea.org/news/data-centre-electricity-use-surged-in-2025-even-with-tightening-bottlenecks-driving-a-scramble-for-solutions
[2] https://www.iea.org/news/ai-is-set-to-drive-surging-electricity-demand-from-data-centres-while-offering-the-potential-to-transform-how-the-energy-sector-works
[3] https://www.energy.gov/articles/doe-releases-new-report-evaluating-increase-electricity-demand-data-centers
[4] https://www.energy.gov/ne/articles/what-generation-capacity
[5] https://www.energy.gov/ne/advanced-reactor-demonstration-program
[6] https://www.world-nuclear-news.org/articles/application-lodged-for-construction-of-texas-smr-plant
[7] https://www.energy.gov/ne/demonstration-microreactor-experiments-dome
[8] https://www.kairospower.com/updates/google-and-kairos-power-partner-to-deploy-500-mw-of-clean-electricity-generation
[9] https://www.ans.org/news/2025-10-20/article-7473/amazon-provides-update-on-its-washington-project-with-xenergy/
저자 소개
니콜렛 에미노(Nicolette Emmino)는 전자, 엔지니어링 및 신흥 기술 분야에서 15년 이상의 경력을 보유한 기술 전문 작가이자 편집자이다. 그녀는 복잡한 주제를 엔지니어 독자층을 위해 명확하고 정확한 스토리텔링으로 풀어내는 데 중점을 두고 있다. 또한, 편집 기획 및 개발을 위해 엔지니어 및 해당 분야 전문가들과 긴밀히 협력하고 있으며, 엔지니어링 전문 미디어 기업들을 공동으로 이끌고 있다.