데이터센터 프런티어(Data Center Frontier)는 빅테크 기업들이 이미 가동 중인 원자력 발전소의 전력을 활용하는 방향으로 나서고 있다고 보도했다.

AI 데이터센터를 위한 차세대 원자력 발전은 새로 짓는 원자로가 아니라, 수십 년 동안 운영되어 온 발전소에서 나올 수도 있다.

일주일 간격으로 발표된 두 건의 계약에서 Google과 Amazon은 Constellation Energy의 기존 발전 설비에서 약 1,080MW의 추가 원자력 발전 용량을 지원하는 장기 전력 구매를 약속했다. 이번 거래는 Meta가 오하이오, 펜실베이니아, 일리노이의 가동 중인 원자력 시설에서 원자로 개선을 지원하겠다고 앞서 밝힌 약속에 이어진 것이다. 이를 통해 초대형 기술 기업이 원자력 출력 증대에 필요한 자금을 지원하는 보다 광범위한 상업 모델이 자리 잡고 있다.

Constellation은 10월 6일 Google과 맺은 계약에 따라 일리노이, 펜실베이니아, 뉴저지에 있는 11개 가동 원자로 호기에 대해 설비 및 기술 개선에 43억 달러 이상을 투자할 계획이다. 20년 기간의 전력구매계약은 890MW의 신규 발전 용량을 뒷받침하며, 첫 번째 개선 작업은 2028년부터 추가 전력을 공급하기 시작할 것으로 예상된다. 별도의 15년 계약은 기존 원자력 발전 2,700MW를 대상으로 하며, 현재의 전력 공급을 확보하는 것과 추가 설비 용량에 자금을 조달하는 것의 차이를 분명히 보여준다. Amazon의 9월 30일 계약 역시 메릴랜드주 Calvert Cliffs 원자력 발전소에서 190MW의 신규 발전을 뒷받침하며, 기존 출력의 구매도 포함한다. 두 계약을 합하면 계획된 인프라 투자 규모는 70억 달러를 넘는다.

제안된 차세대 원자로와 달리 이 시설들은 이미 운영 허가, 전력망 연결, 확립된 인력, 수십 년간의 운영 경험을 갖추고 있다. 출력을 높이면 원자력 발전소를 완전히 새로 짓는 데 따르는 비용, 인허가, 건설상의 어려움 일부를 피할 수 있다. 다만 대규모 개선 작업에는 여전히 광범위한 엔지니어링, 설비 변경, 규제 당국의 승인이 필요하다.

잠재적 규모는 상당하다. 미국 원자력규제위원회(NRC)의 현재 신청 일정에 따르면, 위원회는 2032년까지 원자로 출력 증강(uprate)과 관련해 31건의 신청이 들어올 것으로 예상하며, 이는 약 2,421MW의 잠재적 추가 발전 용량에 해당한다. 새로운 원자로를 건설하지 않고도 대형 원자로 두 기의 출력과 비슷한 수준이다. 다만 이 수치는 예상되는 신청 건수이지, 승인된 프로젝트나 전력망에 확실히 추가될 용량을 뜻하지는 않는다.

당장 전력 부족에 직면한 데이터센터 개발사에게 이 전략은 빠른 해결책이 되지 못한다. 가장 큰 규모의 개선 작업 상당수는 2030년대 초에나 완료될 것이며, 지역 송전망에 추가 발전 설비가 들어온다고 해서 지역별 전력 공급 제약이 반드시 해소되는 것도 아니다. 그럼에도 장기적이고 하이퍼스케일러가 뒷받침하는 원자로 출력 증강 자금 조달이 등장한 것은 중요한 변화를 의미한다. 주요 기술 기업들이 기존 전력 공급을 확보하는 데만 투자하는 것이 아니라, 전력망에 공급될 수 있는 발전 용량을 확대하는 데도 투자하고 있기 때문이다.

**Google, 원자력 운영에 에이전틱 AI 도입**

Google과 Constellation의 계약은 추가 발전 용량에 대한 자금 지원을 넘어, Google Cloud와 Gemini Enterprise를 해당 전력 회사의 운영 전반에 도입하는 기술 파트너십을 5년으로 확대하는 내용도 포함한다.

Constellation은 엔지니어링 및 인허가, 전력 흐름 모델링, 계통 연계 계획, 설비 모니터링, 정전 관리에 에이전틱 AI 워크플로를 활용할 계획이다. 양사는 또한 Google Cloud 기술을 활용해 핵심 인프라를 떠받치는 운영기술(OT) 네트워크의 보안을 강화하는 방안도 구상하고 있다.

이번 계약은 AI가 전력 방정식의 양쪽 모두에 영향을 미치기 시작했음을 보여준다. 즉, 추가 발전 수요를 이끄는 동시에 인프라 개발을 가속하고 운영 효율을 높이기 위한 도구를 제공하는 것이다. 다만 이러한 효과는 아직 예측 단계에 머물러 있다. Constellation은 새로운 도입으로 측정 가능한 개선을 입증하지 못했으며, AI 기반 계획이 원자력 출력 증강을 규율하는 엔지니어링, 안전, 규제 요건을 없애주는 것도 아니다.

**원자력 출력 증강의 실체: 실제로 무엇이 바뀌나?**

가동 중인 원자력 발전소의 출력을 높이는 일은 단순히 원자로의 출력을 올리는 것에 그치지 않는다. 프로젝트 범위에 따라 출력 증강에는 계측 장치, 제어 시스템, 터빈, 발전기, 냉각 설비 및 기타 인프라의 변경이 필요할 수 있으며, 발전소가 더 높은 출력 수준에서도 안전하게 운전할 수 있음을 입증하는 엔지니어링 분석도 수반된다.

이 방식은 이미 확립되어 있다. 미국 원자력규제위원회에 따르면, 지난 20년간 승인된 출력 증강을 통해 미국 전력망에 약 6GW의 발전 용량이 추가되었으며, 이는 대형 원자로 약 6기의 출력에 해당한다.

NRC는 원자로 출력 증강을 세 가지 주요 범주로 구분한다.

- **계측 불확실성 회수(measurement uncertainty recapture) 증강**은 일반적으로 허가된 원자로 출력을 2% 미만 높이며, 개선된 계측 장비와 특히 급수 유량 등 운전 조건을 보다 정확하게 측정하는 방식을 활용한다.

- **스트레치(stretch) 증강**은 통상 허가 출력을 약 2%에서 7%까지 높이며, 발전소 설계에 이미 반영된 운전 여유를 활용한다. 이러한 프로젝트에는 일반적으로 제한적인 설비 변경만 필요하다.

- **확장 출력(extended power) 증강**은 더 큰 폭의 증가를 수반하며 최대 20%에 이르기도 하고, 고압 터빈, 복수 펌프, 전동기, 발전기, 변압기 및 기타 발전소 계통의 광범위한 개조가 필요할 수 있다.

이러한 구분이 중요한 이유는 원자로가 전력망에 최종적으로 공급되는 전기 출력만이 아니라, 메가와트 열(MWt) 단위로 측정되는 열출력을 기준으로 허가를 받기 때문이다. 원자로 열출력을 높이면 증기 생산, 열 제거, 냉각 요건, 시설 전반의 설비 운전 한계에 영향을 미칠 수 있다.

터빈 효율 및 기타 일반 발전 설비의 개선도 원자로 열출력을 반드시 높이지 않고 전기 출력을 늘릴 수 있다. 이러한 성과는 허가된 열 운전 한계를 높이기 위해 NRC의 승인이 필요한 공식적인 원자로 출력 증강과 구별해서 봐야 한다.

규모가 큰 증강일수록 엔지니어링상의 함의는 더욱 중요해진다. 설비 교체는 정기 연료 교체 정지 기간과 맞춰 조율해야 하며, 안전성 분석을 통해 핵심 발전소 계통이 제안된 운전 조건을 감당할 수 있음을 입증해야 한다. 전력 회사에게 이는 부품 조달, 정지 기간 일정 수립, 엔지니어링, 규제 검토를 아우르는 복잡한 프로젝트 관리 과제를 의미한다.

장점은 가장 비싼 인프라 상당수가 이미 존재한다는 점이다. 원자로, 터빈 건물, 냉각 시스템, 송전 연계 설비 및 관련 시설을 처음부터 새로 짓기보다 현대화하는 경우가 많다. 그러나 이 작업은 자동으로 이루어지거나 위험이 없는 것이 아니며, 제안된 용량 증가의 규모가 얼마나 빠르고 쉽게 실현될 수 있는지를 자동으로 말해주지도 않는다.

**Amazon의 Calvert Cliffs 전환: 현장 개발에서 전력망 공급으로**

Amazon과 Constellation의 9월 30일 계약은 AI 인프라를 위한 원자력 전력을 확보하는 또 다른 접근 방식을 보여준다. 메릴랜드주 Calvert Cliffs 청정에너지센터에서 추진되던 데이터센터 개발이 지역 주민의 반대로 철회된 뒤, 양사는 기존 원자력 시설에 30억 달러 이상을 투입하는 개선 작업을 뒷받침하는 20년 전력 공급 계약을 체결했다.

이 계약은 690MW의 원자력 발전을 포함하며, 여기에는 2030년에서 2032년 사이 가동될 것으로 예상되는 약 190MW의 신규 발전 용량이 포함된다. 이는 Calvert Cliffs의 현재 용량 1,790MW 대비 약 10.6% 증가에 해당한다. 양사는 또한 PJM 13개 주 시장에서 Amazon의 운영을 지원하는 관련 소매 전력 공급 계약도 체결했다.

추가 발전 외에도, Amazon의 장기 약속은 Constellation이 Calvert Cliffs에서 20년간 추가 운영 허가를 추진할 수 있도록 수익의 예측 가능성을 제공한다. 이 발전소의 두 원자로는 현재 각각 2034년과 2036년에 만료되는 운영 허가를 보유하고 있어, 이번 계약은 출력 확대뿐 아니라 기존 원자력 설비 용량을 유지하는 데에도 중요한 의미가 있다.

수정된 계약에 따라 Calvert Cliffs에서 생산되는 모든 전기는 발전소 현장의 데이터센터에 전용되지 않고 계속해서 PJM 지역 전력망으로 공급된다. 이 모델은 대형 컴퓨팅 시설을 원자력 발전소에 직접 병설하는 데 따르는 규제 및 지역사회 측면의 어려움을 일부 피하면서, Amazon이 장기 상업 약속을 통해 추가 발전을 지원할 수 있게 한다. 다만 데이터센터 용량을 실제로 어디에 배치할 수 있는지에 영향을 미치는 송전 및 지역 배전 제약을 해소하지는 못한다.

**Meta, PJM 전역 433MW 원자력 출력 증강 지원**

Meta의 보다 광범위한 원자력 전략에는 Vistra와 체결한 20년 계약이 포함되며, 이는 지원하기 위한