전력 효율을 제어하기 위한 서버랙 전력 관리 시스템

기술 개요

• 본 발명은 전기 장치에 전원을 공급하는 전원 공급 장치에 관한 것으로, 소비되는 전력 수준에 따라서 최적의 전력 효율을 유지하기 위한 전력 관리 시스템 및 이의 운용 방법임

기존 기술 문제점

• 종래에는 규모 전력 소모가 높은 HPC, 슈퍼컴퓨터, 데이터센터 등의 전력 효율성을 향상시키기 위해 Open Computer Project(OCP) 등과 같은 기관에서 OCP에서는 서버에 공급되는 DC전원에 직접적으로 UPS(Uninterruptible power supply)를 적용하여 전력 변환이 한번으로 끝내 손실을 최소화 함
• 전력 변환 과정에서 손실 최소화와 함께 서버, 데이터 저장, 랙, 네트워크 스위치 등 전력 공급이 요구되는 장치에 대한 최적 전력 공급 방식이 요구됨

기술의 특징 및 우수성

• 기술의 특징

  • 전기 장치들에 전력을 공급하는 PS(power supply)와 전기 장치에 매칭되는 PSU, 최적의 PSU 전력 효율을 유지시키면서 전력을 공급할 수 있는 제어기 구성을 갖춤
  • 제어기는 턴-온된 PSU의 정격 전력과 전체 소비 전력을 기준으로 산출된 전력 공급률이 지정 범위에 속하는지 판단하여 턴-온된 PSU들의 턴-온 상태를 유지하도록 함
  • 전력 공급률이 지정된 범위에서 벗어날 경우 제어기에 의해 지정된 범위에 속하도록 PSU를 턴-온 또는 턴-오프 시켜 지정 범위에 유지되도록 함

• 기술의 우수성

  • 전력이 요구되는 부대장치들의 전력 소모를 최소화시킬 수 있어 전기 요금을 절감시킬 수 있음
  • 다수의 초고성능 컴퓨팅시스템에 필요한 전력을 효과적으로 전달하여 에너지 효율성을 개선시킬 수 있음

상세 설명

• 본 기술이 수행되는 방법은 소비전력의 전력 효율을 최적으로 유지하기 위해 부하가 낮을 때는 PS를 구성하는 PSU의 일부를 턴-오프 시키며, 부하가 설정 범위보다 높을 경우 PSU를 턴-온 시켜 PS 전력 소비를 최적화시킴
• Load 부하가 갑자기 증가할 경우, PSU가 턴-온 상태로 전환되는데 걸리는 시간을 cover하기 위해 배터리 또는 커패시터를 출력단에 병렬 연결하여 급변하는 Load 부하에 대응함
• 복수의 PCU에 대해 각각 출력 구성을 차이(예 1Kw, 2Kw, 4Kw, 8Kw)를 둘 수 있어 부하에 적합한 PCU를 턴-온 , 턴-오프 시킬 수 있는 스위치 구성을 포함하고 있음

그림 1 전원 공급 모식도

기술완성도 (TRL)

활용분야 및 적용제품

• 활용분야

  • 전력 변환 컨버터 기술 활용 분야
  • 대형 컴퓨팅 산업 분야
  • 전력 상태 점검 및 계측 분야 활용

• 적용제품

  • 슈퍼컴퓨팅, 데이터센터, 기지국
  • 전력 관리 장치(정류기 측정, 전원 컨트롤러)
  • 전력 관리 실시간 탐지 플랫폼 SW

산업동향(기술 동향 및 트랜드 등 )

• 과거 전력 소비량은 경제성장 및 소득 수준 향상 등에 따라 꾸준한 성장세를 나타내고 있으며, 에너지 관리 측면 중요도가 높아짐에 따라 전력 관련 시스템 설계에 대한 수요가 늘어나고 있는 추세임
• 미국은 현재 대부분의 전력회사에서 산업 연계형 플랫폼 도입을 통해 각종 센서를 기반으로 클라우드 서버에서 공유 분석을 통한 전력 최적화 서비스를 제공하고 있으며, 국내에서도 전력 관리 확산을 위한 규제완화, 시장제도 개편 등이 시급함
• 국내에서는 한국전자기술연구원에서 데이터센터 내 ICT 인프라의 전력 에너지 절감을 위해 인공지능을 도입한 중앙관제 시스템을 개발하고 있음
• 최적화 전력 제어와 함께 부가적인 4차혁명 기술(인공지능 등)이 반영된 복합 융합 기술 등이 다수 등장하고 있음에 따라 이에 따른 성장으로 일자리 창출 효과가 기대됨

(출처 : KEEI ISSUE PAPER, 4차 산업혁명과 전력산업의 변화 전망, 2019)

시장전망(목표시장 규모 및 전망)

• 글로벌 전력 모니터링 시장은 2020년 기준 35억 달러에서 2028년까지 연간 시장성장률 5.38%로 53억 달러에 이를 것으로 보임

  (출처 : Verified Market Research, 전력모니터링 시장, 2023)

• 글로벌 에너지 관리 시스템 시장은 2022년 기준 386억 달러로 추정되며, 2027년까지 연간 시장성장률 14.2%로 성장하여 2027년에는 750덕 달러에 이를 것으로 보임
  - 위와 같은 성장은 사물 인터넷, 인공지능, 컴퓨팅 시스템에 대한 모니터링, 데이터 분석 등 전반적인 소모 에너지에 따라 영향을 받을 것으로 보임

  (출처 : Markets and Markets, 에너지 관리 시스템 시장, 2022)

• 글로벌 스마트 그리드 시장은 2021년 360억 달러에서 연평균 18.2%씩 성장하여, 2030년에는 1,600 달러의 시장 규모를 형성할 것으로 보임

  (출처 :KDI 경제정보센터, 탄소중립시대 글로벌 스마트그리드 시장 현황과 우리기업의 진출전략, 2022)

지재권현황