테라파워, AI 데이터센터를 위한 비밀 무기 보유
빌 게이츠가 설립한 원자력 스타트업 테라파워(TerraPower)가 올해 첫 데이터센터 프로젝트를 발표할 예정이며, 2027년 착공 예정이다. 테라파워의 345MW 용융염 냉각 원자로는 원자로 출력을 조절하는 대신 남는 열을 용융 나트륨에 저장했다가 수요 급증 시 활용하는 에너지 저장 방식으로, 급변하는 AI 데이터센터 전력 수요에 유연하게 대응할 수 있는 경쟁 우위를 갖추고 있다.
원자력 스타트업들은 AI 데이터센터의 고민에 대한 해결책, 즉 항상 사용 가능한 전력을 공급하는 존재로 자신들을 홍보해왔다. 빌 게이츠가 설립한 테라파워(TerraPower)도 이 경쟁에 뛰어든 최신 주자로, 블룸버그에 따르면 이 스타트업은 올해 첫 데이터센터 프로젝트를 발표할 계획이다.
테라파워는 고객이 누구인지 밝히지 않았지만, 1월에는 메타(Meta)가 자사의 나트륨(Natrium) 원전 8기를 구매하기로 합의했다고 발표한 바 있다. 2027년 착공이 예상되는 이 데이터센터 프로젝트는 회사의 두 번째 발전소가 되며, 첫 번째 원전은 이미 와이오밍주에서 건설 중이다.
모든 원자로가 데이터센터 용도에 적합한 것은 아니지만, 테라파워는 경쟁사 대비 우위를 약속하는 핵심 강점인 에너지 저장 능력을 보유하고 있다. 그리고 이는 모두 풍력과 태양광 같은 재생에너지 덕분이다.
테라파워의 원자로를 포함한 원자로는 최대 출력으로 가동될 때 가장 잘 작동한다. 모든 발전소 유형 중 원자로는 가장 높은 이용률(capacity factor)을 자랑하는데, 미국에서는 시간의 92.5% 동안 최대 출력으로 발전한다. 하지만 어느 정도는 그래야만 한다. 미국 록키산맥 국립연구소(NRL)에 따르면 기존 원자로는 출력 상하향 속도가 느려 분당 총 정격 출력의 약 5%만 증감할 수 있다.
많은 스타트업이 추진 중인 신형 소형모듈원전(SMR)은 더 빠르게 반응해 NRL 기준 분당 정격 출력의 약 10%까지 조절할 수 있다. 하지만 감축된 용량으로 가동하는 것은 이상적이지 않다. 전자를 생산하지 못하면 수익을 내기 어렵기 때문이다. 이는 모든 발전소에 해당하지만, 어떤 발전 기술 중에서도 가장 높은 자본지출(CapEx)을 요구하는 원자력에서는 특히 그렇다. 스타트업들은 SMR의 대량 생산이 자본지출을 낮추길 희망하지만 아직 입증되지 않았다. 설령 성공하더라도 그 혜택을 누리기까지 10년 이상 걸릴 수 있다.
모든 스타트업은 초기 발전소가 비싸질 것임을 인정하기에, 가능한 한 최대 용량으로 가동하는 것이 합리적이다. 하지만 특히 계량기 뒤(behind-the-meter) 전력에 의존하는 데이터센터에는 이것이 문제가 된다. GPU가 작업에 반응하면서, 특히 AI 학습이나 프롬프트 응답 시 부하가 빠르게 급등락할 수 있기 때문이다. 이러한 급변은 너무나 혹독해서 천연가스 터빈이 그 스트레스로 고장나는 일까지 벌어지고 있다. 이 변동을 완화하려면 대규모 배터리 뱅크를 사용해야 하며, 이는 비용을 더욱 증가시킨다.
테라파워는 이러한 문제를 우회하도록 345MW 용융염 냉각 원자로를 설계했다. 핵심 고려사항 중 하나는 원자로가 풍력·태양광 같은 간헐적 전력원과 보완적으로 작동할 수 있도록 하는 것, 즉 발전소가 빠르게 출력을 조절할 수 있어야 한다는 점이었다. 테라파워가 계획을 그릴 때 염두에 둔 것은 데이터센터가 아닌 재생에너지였지만, 두 가지는 모두 간헐적이라는 점에서 유사하며 단지 방향이 다를 뿐이다.
빠른 대응을 위해 테라파워는 원자로 출력을 높이거나 낮추지 않는다. 대신 원자 분열을 계속하면서 남는 열을 거대한 용융 나트륨 탱크에 저장한다. 전력 수요가 급증하면 발전소는 이 저장고를 활용해 더 많은 증기를 만들어 터빈을 돌릴 수 있다. 이를 통해 수요가 낮을 때에도 고가의 장비가 계속 가동되어 더 많은 가동 시간에 걸쳐 투자를 상각할 수 있다.
이 접근 방식은 원자력의 장점인 높은 이용률에, 테라파워가 재생에너지 비중이 높은 전력망이나 데이터센터 연결 시 원활히 운영할 수 있게 해주는 에너지 저장 기술을 결합한 것이다. 이는 유연한 접근법으로, AI 전력 공급 경쟁에서 이 스타트업에게 우위를 줄 수 있다.