데이터센터에 활용되는 산업용 배터리의 특징과 강화되는 규제에 따른 대응

 

[kt cloud IDC엔지니어링팀 박재홍 님]

 

데이터센터에 활용되는 산업용 배터리의 특징과 강화되는 규제에 따른 대응

 

안녕하세요. 이번 글에서는 데이터센터에 활용되는 대표적인 산업용 배터리인 납축전지와 리튬계열 배터리의 특징에 대해서 비교하면서 알아보도록 하겠습니다. 또한 최근 리튬 계열 배터리와 관련하여 국내외 데이터센터 뿐만 아니라 ESS, 전기차 등에서 발생하는 화재로 인해 규제가 강화되고 있는데요. kt cloud에서는 이러한 변화에 어떻게 대처하고 있는지 소개해드리겠습니다.

 

출처: DSCF1738 ❘ Data Center If you use this photo, please include… ❘ Flickr

 

산업용 배터리의 역사와 특징

대표적인 산업용 배터리로는 납축전지와 리튬 계열 배터리, 니켈-카드뮴 배터리, 니켈-수소 배터리 등이 있지만, 대표적으로 활용되는 납축전지와 리튬 계열 배터리에 대해서 비교해 보겠습니다. 납축전지는 19세기 후반에 개발되어 오랜 기간 동안 산업 전반에서 사용되어 왔습니다. 초기 비용이 저렴하고 대전류 방전 능력이 우수하여 다양한 분야에서 활용되었지만, 에너지 밀도가 낮고 수명이 짧다는 한계가 있었습니다.

이러한 한계를 극복하기 위해 리튬 계열 배터리가 등장했습니다. 20세기 후반부터 개발되기 시작한 리튬 배터리는 높은 에너지 밀도와 긴 수명, 빠른 충전 속도 등의 장점을 가지고 있어 모바일 기기부터 전기자동차, 산업용까지 폭넓게 사용되고 있습니다. 아래의 표를 통해 상세한 특성을 비교해 볼 수 있습니다.

 

 

 

데이터센터에서의 배터리의 역할

데이터센터에서는 24시간 365일 중단 없는 서비스를 제공해야 합니다. 전력 공급에 문제가 생기면 서비스 중단은 물론, 심각한 데이터 손실로 이어질 수 있기 때문인데요. 이를 방지하기 위해 UPS(Uninterruptible Power Supply) 시스템이 사용되며, 이 시스템의 핵심 구성 요소가 바로 배터리입니다. UPS 시스템은 전력 계통에 장애가 발생했을 시 즉각적으로 배터리 전원으로 절체시켜 장비에 정전 없이 전원이 공급될 수 있게 해줍니다.

따라서 앞서 알아본 배터리의 성능과 신뢰성은 데이터센터 운영에 직접적인 영향을 미칩니다. 높은 에너지 밀도와 긴 수명을 가진 리튬 계열 배터리를 선택하면 공간 활용 효율을 높이고 유지보수 비용을 절감할 수 있습니다. 또한 빠른 충전 속도와 안정적인 성능은 예상치 못한 전력 장애 상황에서도 시스템의 연속성을 보장합니다. 그러나 열폭주의 위험이 존재하고 열 방출 설계가 요구된다는 점은 리튬 계열 배터리의 한계점입니다.

출처: 2022 Data Center ❘ Network Group Manager Andy Kowalski works… ❘ Flickr

 

최근 리튬 계열 배터리의 규제 변화 (집적정보 통신시설 보호지침 개정안)

리튬 배터리는 높은 에너지 밀도와 효율성으로 산업 전반에서 사용이 확대되고 있지만, 안전성 문제로 인해 운송 및 보관, 환경 등과 관련한 법규와 규제가 강화되고 있습니다. 최근 잇따른 리튬 계열 배터리의 사고로 인하여 과학기술정보통신부에서는 집적정보 통신시설 보호지침을 개정하였는데요. 주요 내용은 다음과 같습니다.

 

□ 재난대비 안전관리조치 강화(제4조제2항·제4항 및 제6조 개정)

o 배터리실에 다른 전기설비 설치 및 전력선 포설을 원칙적으로 금지하여 재난상황 확산을 방지하고, 배터리 화재 확산 방지를 위해 모니터링 시스템(BMS) 계측 주기 단축 및 급속 배기장치 구축 등 조치 의무 규정

 

□ 리튬계배터리(인산철 포함) 사용 관련 안전조치 강화(별표 신설)

o 배터리 용량 20kWh 초과 리튬계배터리 사용 축전지실의 경우 다른 전기설비와 분리된 격실에 시설하도록 규정

o 리튬계배터리 사용시 축전지 간 및 축전지와 벽간 적정 이격거리를 확보 필요, 다만, UL9540A 기준 적합 배터리 사용시 예외 적용

 

열폭주의 위험이 큰 만큼, 모니터링 시스템을 강화하고 다른 전기설비와 분리하여 설치하고, 축전지 랙 간에도 이격거리를 확보하여 설치하는 것을 의무화하였네요. 다만 UL9540A 인증을 받은 배터리의 경우에는 예외 적용을 한 것이 눈에 띕니다. 이 집적정보 통신시설 보호지침 개정안은 올해 6월에 개정이 시행되었으며, kt cloud에서 운용하는 데이터센터 역시 이 개정안을 바탕으로 매년 점검을 받고 있습니다.

 

kt cloud Data Center의 리튬 계열 배터리 소싱 프로세스

kt cloud는 안정적이고 신뢰성 있는 리튬 계열 배터리를 소싱하기 위하여 노력 중입니다. 먼저 다른 리튬계 배터리에 비해 상대적으로 안정적인 리튬인산철전지(LFP)를 주로 채택하고 있는데요. 그 이유는 화학적으로 매우 안정적인 구조(LiFePO4)를 가지고 있어 열적 안정성이 높고, 과열 상황에서도 다른 리튬 이온 배터리에 비해 열 폭주(Thermanl Runaway)가 일어날 가능성이 낮기 때문입니다.

이에 더 나아가, kt cloud는 20년 간의 데이터센터 운용 노하우를 집약하여 kt cloud의 자체적인 기술규격을 정립하였습니다. 먼저 리튬인산철 배터리 제조사 대상 서류 검토를 통해, 해당 기술규격을 만족하는지를 판단합니다. 이 서류 검토에 통과한 제조사들을 대상으로는 BMT(BenchMarking Test)를 진행합니다. 이 과정은 제품이 만들어지는 제조 공장에 직접 방문하여 서류 상으로 검토했던 항목들을 모두 검수하는 것입니다. kt cloud는 이 BMT에 최종 통과한 업체의 제품은 신뢰성이 있고 안정적인 제품으로 생각하여 협력사 Pool에 최종 등록하고 거래하게 됩니다.

 

 

 

마무리

산업용 배터리는 기술의 발전과 함께 다양하게 개발되어 왔습니다. 또 데이터센터에는 안정적인 운용과 효율성을 위하여 배터리의 중요성이 매우 높기 때문에 최근 많은 규제가 생겨나고 있습니다. kt cloud의 데이터센터는 이러한 규제의 변화와 고객의 니즈를 고려하여 매년 자체 기술규격을 개정해 나가며 지속적으로 유연하게 대응하고 있습니다.

 

 

관련글

1. Data Center Battery Market Size, Share & Forecast Report - 2032

2. 데이터 센터에서 에너지 저장 배터리 팩의 혁신적인 애플리케이션 - Trumonytechs

3. 데이터센터 배터리 기술개발 - DFUN TECH