2013.11.14

"연료전지를 데이터센터에 접목, 효용성 크다" MS 리서치 보고서

Tim Greene | Network World
연료전지를 이용한 데이터센터가 공공 전력망을 이용하는 데이터센터보다 자본 및 운영 비용 효율성, 신뢰도 측면에서 우수하며, 환경적, 공간 운영적 측면에서도 뛰어나다는 연구 결과가 나왔다.

마이크로소프트 리서치(Microsoft Research)가 공개한 논문에 따르면, 이 기술을 이용함으로써 전력 서비스가 도달하지 못하지만 천연 가스는 가능한 지역에 데이터센터를 설립하는 것이 가능해진다. 또 가스 공급의 경우 전력에 비해 신뢰도가 높기 때문에, 기업들은 다운타임(downtime) 감소의 효과 역시 누릴 수 있다는 설명이다.

연구진은 또 설비 설계 과정에 고려해야 할 여러 변수가 존재하긴 하지만, 전반적인 측면에서 좀더 청정한 데이터센터를 구축할 잠재력을 지니고 있다고 주장했다.

안정성, 친환경성, 비용 및 공간효율성 개선
연구자들이 주목한 방식은, 현재 프로판 연료 버스 등에 이용되는 것과 유사한 방식인, 비교적 작은 크기의 연료전지를 데이터센터 각지에 배치하고 각 전지가 한 곳의 랙(rack) 혹은 두 개의 서버를 지원하는 구조다.

이와 같은 방식은 데이터센터 전반에 전선망을 설치할 필요성을 제거하고, 특정 연료전지에 문제가 발생하더라도 데이터센터 관리 소프트웨어를 통해 관리 가능한 수준의 제한된 수의 서버에만 영향이 미치도록 할 수 있다는 점 등과 같은 잠재적 효용을 가지고 있다. 또한 전지의 경우 직류(DC) 방식이기에 교류-직류 컨버터의 필요성 역시 사라지게 된다.

이 밖에 이러한 배치 환경에서는 전력이 각 랙 주변에서 이뤄지기 때문에 데이터센터 전반을 포괄하는 전기 분배 시스템의 필요성이 사라진다. 설비 측면에서도 강점이 있다. 가스 공급 파이프와 유출 감지 센서는 변압기, 고압 개폐장치, 분배 케이블 등 전통적 공급 설비에 비해 저렴하다. 공간 효율성 역시 강화되는데, 연구진에 따르면 필요한 공간이 30% 가량 줄어든다.

연료전지 방식은 또 전통적 전력 방식에 비해 각각 51%, 32%, 9% 수준의 이산화탄소, 일산화탄소, 질소산화물를 배출하는 것으로 보고됐다.

단 연료전지를 이용하기 위해서는, 전통적 데이터센터 환경에서는 필요하지 않던, 메탄으로부터 수소를 추출하는 개선기(reformer)나 배터리 및 시동 시스템, 보조 우회로 등 특수한 설비가 요구된다.

또 연료전지 데이터센터를 설계하는 과정에서는 순간적으로 전력 수요가 급등하는, 서버 이용 폭증 상황에 대한 고려도 필요하다. 부하가 일정한 상황에서 최고의 퍼포먼스를 보장하는 전지 연료의 특성은 반대로 수요 증가 시점에는 지체 문제를 야기할 수 있기 때문이다.

논문은 이 문제와 관련 “일부 급증은 내부 축전지에 의한 서버 전원 공급을 통해 수용 가능하다. 하지만 플래시 크라우드(flash crowd)나 하드웨어 중단 등의 대규모 변화의 경우에는 외부 에너지 스토리지(배터리 혹은 슈퍼-캡(super cap)) 또는 부하 저항기에 의한 관리가 필요하다”라고 설명하고 있다.

연구진은 랙 수준의 연료전지 비용을 와트 당 3~5 달러 수준으로 평가했으며, 5년 간의 대체 사이클 시행을 계획했다. 전체 시스템 수명은 10년으로 설정됐다. 천연 가스 공급에 대한 신뢰성을 높게 평가해 디젤 발전기 및 무정전 전원 장치 비용도 제거했다. 대신 서버 크기의 배터리 설치를 통해 보완했다 . 그리고 연료전지가 방출하는 열은 데이터센터에 고성능의 냉각 시스템을 요구할 것으로 관측했다.

그 결과 전통적 데이터센터 환경에서 랙당 월간 자본비는 313.43 달러가 소요되는 반면 랙 수준의 연료전지 데이터센터는 이보다 50.72~63.36 달러의 비용을 적게 소요하는 것으로 측정됐다. 랙 당 월간 운영 비용의 경우에는 전통적 데이터센터에서는 223.51 달러가 소요되던 것이 고분자전해질형 연료전지(PEMFC, Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)를 활용하는 데이터센터의 경우에는 214.06 달러를 소요한다는 결과도 있었다.

연구 보고서는 또 비용 절감폭이 고체산화물 연료전지(SOFC, Solid Oxide Fuel Cell) 등 다른 유형의 기술을 활용할 경우 더욱 커질 수 있을 것이며 데이터센터 위치 지역의 전력 요금 변동에 따라서도 역시 차이를 보일 수 있다고 전했다.

이 밖에 천연 가스 배급 시스템의 안정성은 전력망의 그것보다 뛰어나며 연간 다운타임 역시 평균 8시간 45분에서 2시간 06분까지 줄일 수 있을 것이라 연구진은 설명했다.

그러나 연구자들은 현재로써는 대형 연료전지를 활용하는 것이 전통적 데이터센터 설계 구조 하에서 공공 전력 서비스 이용을 대체할 가장 직접적인 대안이긴 하지만, 연료전지의 크기가 클수록 고장의 위험이 높아지고 비용 효율성 역시 떨어진다는 점을 지적했다.

그들이 제시한 또 다른 방식은 소형 연료전지로 개별 서버를 지원하는 것이다. 이 경우 전지에 문제가 발생하더라도 그 영향은 하나의 서버에만 영향을 미치게 되고, 전지와 서버의 높은 통합 수준으로 인해 DC 전달 손실 역시 발생하지 않게 된다. 하지만, 전지의 크기가 작아지고 수가 늘어나게 되면 운영 및 비용, 에너지 활용 효율성은 랙 단위의 지원을 제공하는 약간 큰 크기의 연료전지들에 비해 감소하게 된다는 단점 역시 존재한다. ciokr@idgc.o.kr



2013.11.14

"연료전지를 데이터센터에 접목, 효용성 크다" MS 리서치 보고서

Tim Greene | Network World
연료전지를 이용한 데이터센터가 공공 전력망을 이용하는 데이터센터보다 자본 및 운영 비용 효율성, 신뢰도 측면에서 우수하며, 환경적, 공간 운영적 측면에서도 뛰어나다는 연구 결과가 나왔다.

마이크로소프트 리서치(Microsoft Research)가 공개한 논문에 따르면, 이 기술을 이용함으로써 전력 서비스가 도달하지 못하지만 천연 가스는 가능한 지역에 데이터센터를 설립하는 것이 가능해진다. 또 가스 공급의 경우 전력에 비해 신뢰도가 높기 때문에, 기업들은 다운타임(downtime) 감소의 효과 역시 누릴 수 있다는 설명이다.

연구진은 또 설비 설계 과정에 고려해야 할 여러 변수가 존재하긴 하지만, 전반적인 측면에서 좀더 청정한 데이터센터를 구축할 잠재력을 지니고 있다고 주장했다.

안정성, 친환경성, 비용 및 공간효율성 개선
연구자들이 주목한 방식은, 현재 프로판 연료 버스 등에 이용되는 것과 유사한 방식인, 비교적 작은 크기의 연료전지를 데이터센터 각지에 배치하고 각 전지가 한 곳의 랙(rack) 혹은 두 개의 서버를 지원하는 구조다.

이와 같은 방식은 데이터센터 전반에 전선망을 설치할 필요성을 제거하고, 특정 연료전지에 문제가 발생하더라도 데이터센터 관리 소프트웨어를 통해 관리 가능한 수준의 제한된 수의 서버에만 영향이 미치도록 할 수 있다는 점 등과 같은 잠재적 효용을 가지고 있다. 또한 전지의 경우 직류(DC) 방식이기에 교류-직류 컨버터의 필요성 역시 사라지게 된다.

이 밖에 이러한 배치 환경에서는 전력이 각 랙 주변에서 이뤄지기 때문에 데이터센터 전반을 포괄하는 전기 분배 시스템의 필요성이 사라진다. 설비 측면에서도 강점이 있다. 가스 공급 파이프와 유출 감지 센서는 변압기, 고압 개폐장치, 분배 케이블 등 전통적 공급 설비에 비해 저렴하다. 공간 효율성 역시 강화되는데, 연구진에 따르면 필요한 공간이 30% 가량 줄어든다.

연료전지 방식은 또 전통적 전력 방식에 비해 각각 51%, 32%, 9% 수준의 이산화탄소, 일산화탄소, 질소산화물를 배출하는 것으로 보고됐다.

단 연료전지를 이용하기 위해서는, 전통적 데이터센터 환경에서는 필요하지 않던, 메탄으로부터 수소를 추출하는 개선기(reformer)나 배터리 및 시동 시스템, 보조 우회로 등 특수한 설비가 요구된다.

또 연료전지 데이터센터를 설계하는 과정에서는 순간적으로 전력 수요가 급등하는, 서버 이용 폭증 상황에 대한 고려도 필요하다. 부하가 일정한 상황에서 최고의 퍼포먼스를 보장하는 전지 연료의 특성은 반대로 수요 증가 시점에는 지체 문제를 야기할 수 있기 때문이다.

논문은 이 문제와 관련 “일부 급증은 내부 축전지에 의한 서버 전원 공급을 통해 수용 가능하다. 하지만 플래시 크라우드(flash crowd)나 하드웨어 중단 등의 대규모 변화의 경우에는 외부 에너지 스토리지(배터리 혹은 슈퍼-캡(super cap)) 또는 부하 저항기에 의한 관리가 필요하다”라고 설명하고 있다.

연구진은 랙 수준의 연료전지 비용을 와트 당 3~5 달러 수준으로 평가했으며, 5년 간의 대체 사이클 시행을 계획했다. 전체 시스템 수명은 10년으로 설정됐다. 천연 가스 공급에 대한 신뢰성을 높게 평가해 디젤 발전기 및 무정전 전원 장치 비용도 제거했다. 대신 서버 크기의 배터리 설치를 통해 보완했다 . 그리고 연료전지가 방출하는 열은 데이터센터에 고성능의 냉각 시스템을 요구할 것으로 관측했다.

그 결과 전통적 데이터센터 환경에서 랙당 월간 자본비는 313.43 달러가 소요되는 반면 랙 수준의 연료전지 데이터센터는 이보다 50.72~63.36 달러의 비용을 적게 소요하는 것으로 측정됐다. 랙 당 월간 운영 비용의 경우에는 전통적 데이터센터에서는 223.51 달러가 소요되던 것이 고분자전해질형 연료전지(PEMFC, Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)를 활용하는 데이터센터의 경우에는 214.06 달러를 소요한다는 결과도 있었다.

연구 보고서는 또 비용 절감폭이 고체산화물 연료전지(SOFC, Solid Oxide Fuel Cell) 등 다른 유형의 기술을 활용할 경우 더욱 커질 수 있을 것이며 데이터센터 위치 지역의 전력 요금 변동에 따라서도 역시 차이를 보일 수 있다고 전했다.

이 밖에 천연 가스 배급 시스템의 안정성은 전력망의 그것보다 뛰어나며 연간 다운타임 역시 평균 8시간 45분에서 2시간 06분까지 줄일 수 있을 것이라 연구진은 설명했다.

그러나 연구자들은 현재로써는 대형 연료전지를 활용하는 것이 전통적 데이터센터 설계 구조 하에서 공공 전력 서비스 이용을 대체할 가장 직접적인 대안이긴 하지만, 연료전지의 크기가 클수록 고장의 위험이 높아지고 비용 효율성 역시 떨어진다는 점을 지적했다.

그들이 제시한 또 다른 방식은 소형 연료전지로 개별 서버를 지원하는 것이다. 이 경우 전지에 문제가 발생하더라도 그 영향은 하나의 서버에만 영향을 미치게 되고, 전지와 서버의 높은 통합 수준으로 인해 DC 전달 손실 역시 발생하지 않게 된다. 하지만, 전지의 크기가 작아지고 수가 늘어나게 되면 운영 및 비용, 에너지 활용 효율성은 랙 단위의 지원을 제공하는 약간 큰 크기의 연료전지들에 비해 감소하게 된다는 단점 역시 존재한다. ciokr@idgc.o.kr

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