AI 데이터센터, 전력 스파이크로 장비 수명 단축…ESS·변압기 수요 급증

인공지능(AI) 데이터센터의 급격한 전력 수요 변동이 백업 배터리와 변압기 같은 핵심 인프라 설비를 조기 마모시키며 가동 중단 손실을 키우고 있다.

인슈어런스저널은 2026년 8월 12일(현지시각) 초고성능 GPU의 동시 가동으로 전력 소비가 순간 50% 이상 치솟는 스파이크 현상이 전력 인프라 장비의 수명을 대폭 단축시키고 있다고 보도했다. 고내구성 전력 장비를 갖춘 한국 기업의 수주 확대가 기대된다.


AI 모델을 학습시키는 단계에서는 초고성능 GPU 수십만 개가 동시에 작업을 수행한다. 이때 필요한 전력량이 급격하게 늘어나면서 순간 전력 사용량이 설비의 기존 설계 용량보다 50% 이상 치솟는다.
전력 제어 장비 개발사인 헤론 파워 일렉트로닉스의 드류 바글리노 창업자는 1기가와트(GW) 규모의 데이터센터가 순간 1.5기가와트까지 전력을 소모할 수 있다고 설명한다. 도시 하나가 소비하는 전력 규모가 밀리초 단위로 급격히 켜지고 꺼지는 셈이다. 이 과정에서 발생한 충격은 데이터센터에 연결된 전력기기 전체로 전달된다.

전력 변동을 완화하려고 설치한 백업 배터리는 과도한 부하를 견디지 못하고 단 몇 주 만에 수명을 다한다. 영국 업타임연구소의 앰버 빌레가스윌리엄슨 수석컨설턴트는 자동차 엔진을 계속 과도하게 회전시켜 엔진 마모를 재촉하는 상황과 같다고 분석한다.

미국 멤피스에 위치한 xAI의 콜로서스 컴퓨팅 시설에서는 전력 스파이크 충격으로 가스 터빈에 균열이 발생하는 사고가 일어났다. 테라플로우 에너지는 페라리를 운전하면서 6단 기어에서 1단으로 급격히 맞바꿀 때 받는 수준의 무리한 압박이 전력 장비에 가해진다고 지적한다.


장비 고장으로 데이터센터 가동이 중단되면 심각한 재무 손실이 발생한다. 가동 중단 시 발생하는 손실은 분당 수만 달러에서 최대 수십만 달러(약 1억 4200만 원~2억 8400만 원)에 이르는 것으로 추산된다.

데이터센터 전문 기업 스위치의 제이슨 호프만 최고전략책임자는 가장 큰 재무 손실을 부품 교체 비용보다 컴퓨팅 설비 중단에 따른 매출 증발로 꼽았다. 연중무휴 가동을 전제로 구축된 데이터센터 가운데 일부는 실제 가동률이 80% 수준까지 하락한 상황이다.
전력 인프라 설정이 어려워지면서 시설 개장 일정 자체도 지연되는 추세다. 텍사스주에 건설 중인 2.67기가와트 규모 AI 단지는 전력 안정화 설비를 갖추기 위해 전력 공급 시점을 2027년에서 2028년으로 1년 연기했다.

북미전력계통신뢰성법인(NERC)은 AI 데이터센터의 급격한 전력 변동이 광역 전력망 전체의 정전을 유발할 수 있다고 지속 경고해왔다. 이에 따라 대형 데이터센터를 대상으로 비상조치를 요구하는 최고 수준의 레벨 3 시정 명령을 발령하기도 했다.


트렌드 분석 기관 익스플로딩 토픽스 자료를 보면 모건스탠리는 2028년 AI 데이터센터의 연간 전력 사용량이 165~326테라와트시(TWh)에 달할 것으로 전망했다. 이는 미국 전체 가구의 22%에 전력을 공급할 수 있는 거대한 규모다.

차세대 AI 모델 GPT-5의 일회 답변당 전력 소비량은 평균 18와트시(Wh)로 추정된다. 이는 이전 모델과 비교해 최대 20배에 달하는 수치다. 모건스탠리 추산에 따르면 데이터센터 냉각용수 소비량도 2028년 연 1조 680억 리터로 늘어난다. 리소스 폴리시 연구에 따르면 변압기 필수 소재인 방향성 전기강판(GOES) 수요 역시 2030년 198킬로톤(kt)까지 확대될 것으로 예상된다.

글로벌 AI 데이터센터의 장비 교체 주기가 단축되고 전력 안정화 장비 투자가 필수화되면서 한국 배터리와 전력기기 기업들의 수혜 기회가 구체화되고 있다.

삼성SDI와 LG에너지솔루션은 화재 안전성과 내구성을 높인 컨테이너형 ESS(SBB 등) 솔루션을 앞세워 수명이 단축된 백업 전력망 시장을 공략하고 있다. HD현대일렉트릭과 효성중공업은 북미 및 유럽 전력청의 노후 변압기 교체 주기 단축 흐름에 맞춰 초고압 변압기와 전력 솔루션 수주를 본격화하는 모습이다. 전력 인프라 과부하가 장기화할수록 검증된 기술력을 갖춘 한국 기업의 시장 점유율 확대가 기대된다.


김주원 글로벌이코노믹 기자 park@g-enews.com