로켓회사가 배터리를 사는 이유 — SpaceX·xAI의 테슬라 메가팩 구매 급증이 보여주는 AI 전력난

지난 8월 4일 공개된 SpaceX의 첫 상장 이후 첫 실적보고서에는 조금 낯선 항목이 하나 눈에 띄었다. 로켓과 위성을 만드는 이 회사가 올해 2분기에만 테슬라의 대형 배터리 제품 '메가팩'을 2억9500만 달러어치 사들였고, 올해 누적으로는 3억2900만 달러에 달한다는 내용이었다. 로켓 발사와 배터리 저장장치 사이에 무슨 상관이 있을까 싶지만, 답은 일론 머스크가 거느린 회사들이 최근 얼마나 하나로 얽혀 들어갔는지를 보면 자연스럽게 풀린다. 올해 2월 SpaceX는 머스크의 인공지능 회사 xAI를 통째로 흡수했고, xAI는 그 이전부터 이미 자사 데이터센터에 쓸 메가팩을 사들이고 있었다. 지난해 1분기까지만 해도 xAI의 메가팩 구매액은 3400만 달러 수준이었지만, 합병 이후 몸집이 커지면서 그 규모가 한 자릿수 이상 뛴 셈이다.

이 배터리들이 실제로 향하는 곳은 xAI의 데이터센터, 그중에서도 미시시피주에 있는 '콜로서스' 프로젝트 인근 시설로 알려져 있다. xAI는 이곳에서 전력 공급을 위해 이미 수십 대의 무허가 가스터빈을 가동해 온 사실이 논란이 된 바 있는데, 그런 와중에도 대형 배터리를 함께 늘려온 것은 가스터빈만으로는 해결되지 않는 종류의 문제가 있기 때문이다. 그 문제의 이름은 '전력 요동'이다. AI 모델을 학습시키는 GPU 클러스터는 사람이 쓰는 전기제품과는 전혀 다른 방식으로 전기를 소비한다. 수많은 GPU가 동시에 연산을 하다가 한꺼번에 멈추고 다시 시작하는 체크포인트 저장이나 데이터 동기화 과정에서, 전체 부지의 전력 수요가 1초도 안 되는 사이에 수 메가와트씩 뛰거나 떨어질 수 있다. 테슬라는 이런 요동이 최대 90%, 초당 30회에 이르는 빈도로 발생할 수 있다고 설명한다. 이는 일반 발전기나 변압기가 감당하기 버거운 수준의 급격한 변화다.

메가팩이 하는 일은 바로 이 요동을 흡수하는 것이다. 리튬인산철(LFP) 방식의 배터리 셀을 여러 층으로 쌓아 만든 이 컨테이너형 장비는, 전력망과 GPU 사이의 접점에서 전압과 주파수를 순간적으로 사고 팔며 완충 역할을 한다. 화력발전기처럼 기계적으로 회전 속도를 조절해 전력을 맞추는 방식이 아니라, 화학반응을 이용해 저장해 둔 전기를 즉시 내놓거나 순간적으로 흡수하기 때문에 응답 속도가 훨씬 빠르다. 최신형인 메가팩 3는 한 대에 5메가와트시를 저장할 수 있고, 이런 메가팩 네 대를 변압기와 스위치기어로 묶은 '메가블록'이라는 새로운 제품도 텍사스 휴스턴의 신설 공장에서 만들어지고 있다. 테슬라는 이런 2시간짜리 저장 시스템을 20년간 운용했을 때 1기가와트 기준 500억 달러의 가치를 낼 수 있다며 "과분한 가치"라는 표현까지 써서 AI 데이터센터 시장을 정면으로 겨냥하고 있다.

이런 마케팅이 나오는 배경에는 미국 전력망 전반에 걸친 불안이 자리하고 있다. 북미전력신뢰도공사(NERC)를 비롯한 여러 기관은 동시다발적으로 움직이는 대형 AI 클러스터가 체크포인트나 데이터 동기화 과정에서 반복적으로 급격한 부하 변화를 일으켜, 기존 전력 인프라에 부담을 줄 수 있다고 경고해 왔다. 실제로 캘리포니아 최대 전력회사인 PG&E는 올해 데이터센터 개발업체들의 전력 공급 요청이 40% 이상 늘었다고 밝혔는데, 신규 변전소나 송전선 건설에는 통상 몇 년이 걸리는 반면 배터리 시스템은 상대적으로 빠르게 설치할 수 있어 그 사이 공백을 메우는 역할로 주목받고 있다. 다만 이 방식이 만능은 아니다. 메가팩이 이런 요동을 정확히 얼마나 줄여주는지, 어떤 규모의 시스템에서 측정된 수치인지는 아직 충분히 공개되지 않았고, 배터리가 무정전전원장치(UPS)의 일부로 들어갈지 아니면 전력망 쪽에서 별도로 작동할지 등 구체적인 통합 방식도 정리되지 않은 상태다. 대형 리튬이온 배터리 특유의 화재 위험도 꾸준히 제기되는 변수다. 2022년 캘리포니아 모스랜딩의 PG&E 메가팩 시설에서 화재가 발생해 인근 주민 대피령이 내려진 적이 있고, 2021년 호주 빅토리아주의 대형 배터리 단지에서도 냉각수 누출로 인한 화재가 사흘간 이어진 사례가 있다. 그레고리 바버 등 여러 전문가들은 대형 배터리 단지의 화재 진압 기준과 열폭주 확산 방지 체계가 아직 초기 단계에 머물러 있다고 지적한다.

결국 이번 실적보고서의 한 줄은 단순한 계열사 간 내부거래 이야기가 아니라, AI 산업이 예상보다 훨씬 빠르게 '전력' 그 자체의 한계에 부딪히고 있다는 사실을 보여주는 단서에 가깝다. 그동안 데이터센터 전력 부족 문제는 주로 발전 용량 자체를 늘리는 방식으로 논의돼 왔지만, 이 사례는 발전량이 충분해도 그 전기를 초 단위로 안정적으로 대주지 못하면 GPU 클러스터가 제대로 돌아가지 않는다는 좀 더 미묘한 문제를 드러낸다. 로켓 회사가 자동차 회사의 배터리를 사서 AI 회사의 서버실에 가져다 놓는, 언뜻 보면 어색한 조합이 성립하는 이유도 여기에 있다. 일론 머스크가 이끄는 세 회사—SpaceX, 테슬라, xAI—가 각자의 영역에서 쌓아온 기술이 이제는 데이터센터라는 한 지점에서 만나고 있으며, 그 결과가 앞으로 얼마나 더 큰 규모의 배터리 발주로 이어질지가 다음 실적발표에서 확인해야 할 대목이다.