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수소 연료 전지를 백업 전력으로...MS, 3MW 친환경 백업 발전 설비 프로젝트

마이크로소프트가 데이터 센터의 백업 전원으로 수소 연료 전지를 활용하는 프로젝트를 진행 중이다. 미국 뉴욕주 라탐에 있는 데이터 센터에 3MW(메가와트)의 발전 용량을 가진 수소 연료전지(hydrogen fuel cell) 시스템을 설치하고 테스트하고 있다. 40피트 길이의 컨테이너 한 쌍으로 이루어진 수소 연료 전지 시스템을 활용해 친환경적인 백업 전력을 공급하는 비전을 실현하는 중이다. 

데이터 센터가 소모하는 전력이 많다는 것은 누구나 다 아는 사실이다. 데이터 센터의 크기나 시설에 따라 달라지지만 적게는 몇 만 명에서 많으면 수 십만 명이 사용할 수 있는 전기를 데이터 센터 하나가 소비한다. 전력 소모량이 많은 만큼 데이터 센터의 운영 비용 중에서 가장 많이 지출되는 항목 역시 전기 요금이다.

미국 뉴욕주 라탐에 있는 데이터 센터에 설치한 3메가와트 수소 연료 전지 시스템은, 각각 18개의 PEM 연료 전지를 수용하는 40피트 길이의 한 쌍의 선적 컨테이너로 구성된다. (자료: Microsoft, 사진: John Brecher)


데이터 센터는 24시간 365일 어떤 경우에도 중단 없이 운영되어야 한다. 외부로부터 전달되는 전력 송전에 문제가 생기면, 즉시 무정전 전원 시스템이 가동되면서 서버가 중단되는 것을 막고, 자체 발전기를 가동해 바로 전원을 공급한다. 따라서 안정적이고 효율적인 발전으로 충분한 전력을 공급할 수 있는 발전 설비를 충분히 확보하고 있어야 한다. 

최근 들어 데이터 센터에서 사용되는 운영 전력이나 백업 전력을 친환경적인 방법으로 대체하는 노력이 진행 중이다. 마이크로소프트는 백업 전력 공급을 위한 발전 시설에 이번에 공개한 수소 연료 전지가 훌륭한 대안이 될 것으로 보고 있다. 데이터 센터에서 주로 사용하는 디젤 발전기는 화석 연료를 사용해 발전을 하기 때문에 탄소 배출을 증가시킨다. 

마이크로소프트는 이러한 문제를 해결하기 위해 연료 전지에 관심을 갖고, 2013년 캘리포니아 대학의 국립 연료 전지 연구 센터와 함께 연료 전기 기술을 개발해 왔다. 그동안 천연가스를 연료로 사용하는 고체 산화물 연료 전지 등을 테스트 해 오다, 2018년부터 백업용 디젤 발전기를 대체할 수 있는 잠재적인 솔루션으로 '고분자 전해질 연료 전지(PEMFC :Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)'를 채택했다. 

마이크로소프트의 최고 환경 책임자인 루카스 조파(Lucas Joppa)는 "장기적으로 양성자 교환막(PEM)인 연료 전지 기술은 탄소 배출이 없는 실행 가능한 솔루션이 될 수 있다. PEM 연료 전지는 전기, 열 및 물을 생성하는 화학반응에서 수소와 산소를 결합한다. 연소, 미립자 물질 및 탄소 배출이 없다"고 밝혔다. 

라탐에 설치된 수소 연료 전지 시스템은 현재 사용 중인 디젤 발전기 크기로 3MW의 전력을 공급할 수 있어서 현실적인 대안으로 주목받고 있다. 기존 디젤 발전기와 동일한 크기의 설비에서 3MW의 발전 용량을 공급할 수 있기 때문에 기존 발전기를 대체할 수 있다는 의미다. 마이크로소프트는 정전 등의 비상 상황에서 수소 연료 발전 설비가 디젤 발전기만큼 빠르고 안정적으로 충분한 전력을 생산할 수 있는 지를 테스트 중이다.

수소 연료 발전기는 이론적으로 연료인 가스가 공급되는 한 계속해서 가동할 수 있다. 따라서 정전이 발생하는 순간부터 다시 외부 전력이 공급될 때까지 연료로 사용하는 수소만 공급해 주면 계속해서 발전을 할 수 있다. 하지만 실제 운영 환경에서 여러 가지 변수가 있는 만큼 이를 검증하는 과정이 필요하다. 

고분자 전해질 연료 전지를 활용한 3MW 발전 설비는 이전에 마이크로소프트가 테스트했던 시스템보다 10배 규모가 크다. 3MW 전력량이면 약 1만 대의 서버를 구동하거나 600가구에 전력을 공급할 수 있다. 마이크로소프트의 이번 프로젝트가 완벽한 성공을 거두고 경제성까지 갖춘다면, 수소 연료 전지를 활용한 발전 설비가 병원이나 상업용 건물에서 상용화될 수 있는 가능성도 그만큼 높아질 것으로 기대된다.

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