Ja, sind wir noch zu retten? Wir ignorieren Best Practices

Staffan Revemann zur Wärmerückgewinnung im Rechenzentrum

| Autor / Redakteur: Staffan Revemann* / Ulrike Ostler

Schmutzig und nutzlos: Energie in den Datacenter wird in wertvolle Wärme umgewandelt, aber zu fast 100 Prozent in die Atmosphäre verklappt!
Schmutzig und nutzlos: Energie in den Datacenter wird in wertvolle Wärme umgewandelt, aber zu fast 100 Prozent in die Atmosphäre verklappt! (Bild: Gemeinfrei: 1187283/Pixabay / CC0)

Datacenter sind heute schon große Verbraucher elektrischer Energie, und der Bedarf steigt mit zunehmender Digitalisierung, schnell und kontinuierlich. Noch sind die Effizienzsteigerungen durch stromsparendere Anlagen und IT nicht ausgereizt, doch der Nachhaltigkeitsschub fällt zu gering aus. Wer mehr für die Umwelt und den Geldbeutel erreichen will, muss die Wärme, die die IT erzeugt, zurückgewinnen.

Laut dem Berliner Borderstep-Institut betrug der Stromverbrauch deutscher Rechenzentren im Jahr 2016 ungefähr 12,4 Terawattstunden (TWh) mit steigender Tendenz. Das entspricht ungefähr dem gesamten Stromverbrauch der Stadt Hamburg, der im Jahr 2016 bei 12,3 TWh lag. Ein weiterer interessanter Bezugspunkt ist der Stolz der Energiebranche, die Offshore-Windenergie-Erzeugung: Im Jahr 2016 erzeugten diese ungefähr 1.000 Windkraftanlangen in der Nord- und Ostsee 12,4 TWh Strom. (siehe: Abbildung 1)

Im Jahr 2016 erzeugten diese ungefähr 1.000 Windkraftanlangen in der Nord- und Ostsee 12,4 TWh Strom - so viel, wie deutschen Rechenzentren benötigten.
Im Jahr 2016 erzeugten diese ungefähr 1.000 Windkraftanlangen in der Nord- und Ostsee 12,4 TWh Strom - so viel, wie deutschen Rechenzentren benötigten. (Bild: Borderstep Institut/Revemann)

Bei genauerer Betrachtung erscheint die Situation absurd. In Deutschland wurden rund 20 Milliarden Euro in Offshore-Windkraftanlagen investiert, deren gesamte Strommenge allein von den Rechenzentren in Deutschland verbraucht werden. Gleichzeitig wird die Energie in den Datacenter an sich in wertvolle Wärme umgewandelt, aber diese zu fast 100 Prozent in die Atmosphäre verklappt!

Der Rechenzentrumsbranche kann das kaum angekreidet werden. Das Problem ist, dass wir in Deutschland zwar gerne von der Energiewende sprechen, dass aber in der deutschen Gesellschaft wenig Bereitschaft besteht, mit vollem Einsatz Symbiosen und Synergien zwischen unterschiedlichen Sektoren in der Wirtschaft zu suchen, was in der Energiebranche Sektorkopplung genannt wird. Hierfür bedarf es veränderter Rahmenbedingungen, so dass die, die Wärme erzeugen und die, die Wärme verbrauchen, ohne bürokratische Hindernisse und unnötige Auflagen zusammenarbeiten können.

Erfahrungen seit einem Vierteljahrhundert

Dass die Kopplung erreicht werden kann, beweist seit einem Vierteljahrhundert das EU-Land Schweden. Die Fernwärmenetze sind gut ausgebaut und wo ein Rechenzentrum in der Nähe eines Fernwärmenetzes betrieben wird, arbeiten beide zusammen. Wenn ein Rechenzentrum gebaut werden soll, werden gerne Baugrundstücke gewählt, die in der Nähe eines Fernwärmenetzes liegen.

In der schwedischen Gesellschaft gibt es einen tiefverwurzelten Konsens, dass Energie nachhaltig genutzt werden sollte. Die, die Fernwärmenetze betreiben, kaufen gerne Wärme von denen, die Wärme produzieren, anstatt diese zu 100 Prozent mit Wärmekraftwerken zu erzeugen. In Deutschland hingegen wird Fernwärme oft mit fossiler Energie produziert, was in Schweden vermieden wird.

Mega-Datacenter, wie sie Google, Facebook und Apple betreiben, werden wegen der exorbitant hohen Stromkosten nicht in Deutschland gebaut. Oft werden diese in die nordischen Länder verlegt, von denen Schweden die niedrigsten Stromkosten in der EU hat.

Ergänzendes zum Thema
 
Staffan Revemann auf dem DataCenter Day 2017

Einer der größten Vorteile der Wasserkraft ist, dass sich die Stromerzeugung sehr schnell regulieren lässt. Bei veränderter Nachfrage und vor Allem bei schwankender Erzeugung der volatilen Stromquellen Windkraft und Photovoltaik, ist die Flexibilität der Wasserkraft unerlässlich. Für das schwedische Energiesystem ist nachhaltige und ständig verfügbare Wasserkraft die tragende Säule.
Einer der größten Vorteile der Wasserkraft ist, dass sich die Stromerzeugung sehr schnell regulieren lässt. Bei veränderter Nachfrage und vor Allem bei schwankender Erzeugung der volatilen Stromquellen Windkraft und Photovoltaik, ist die Flexibilität der Wasserkraft unerlässlich. Für das schwedische Energiesystem ist nachhaltige und ständig verfügbare Wasserkraft die tragende Säule. (Bild: Revemann/Datenquellen: AGEB, Energiföretagen)

Die Ursache hierfür ist ein großer Überschuss permanent verfügbarer, schnell regulierbarer und nachhaltiger Wasserkraft. Pro Einwohner und Jahr wird in Schweden ungefähr 25 Mal mehr Wasserkraft als in Deutschland produziert. (siehe: Abbildung 2.)

Außerdem kostet Strom in Deutschland drei Mal so viel wie in Schweden, was bedeutet, dass in einem Rechenzentrum mit einer IT-Leistung von 1 Megawatt (MW) in Deutschland etwa 1.200.000 Euro im Jahr an Stromkosten anfallen, während in einem schwedischen Rechenzentrum der gleichen Größe lediglich etwa 400.000 Euro gezahlt werden müssen.

Dieser Unterschied ist also beachtlich: rund 800.000 Euro für die Leistung von 1 MW. Für Mega-Datacenter mit beispielsweise 30 MW liegt der Unterschied in zehn Jahren bei 260 Millionen Euro an laufenden Stromkosten. Die EEG-Umlage für 30 MW in 10 Jahren ist beträchtlich; etwa 180 Millionen Euro.

Außerdem werden Rechenzentren in Schweden, die Abwärme liefern, für die Wärme-Energie bezahlt. Es wundert daher nicht, dass große Datacenter genau dort gebaut werden.

Eine 100prozentig saubere Energiequelle

Wenn wir unsere Rechenzentren nicht außerhalb Deutschlands bauen wollen und mit hohen Stromkosten leben müssen, benötigen wir Geschäftsmodelle, um sie entwickeln, bauen, finanzieren und betreiben zu können. Dazu braucht es eine Technik zur effizienten Wärmerückgewinnung, so dass sich die Kosten in einem akzeptablen Rahmen halten.

Wenn Rechenzentrumsbetreiber hierzulande für die Abwärme bezahlt würden, reduzierten sich deren laufenden Kosten und gleichzeitig der CO2-Ausstoß. Außerdem: Dadurch würde in Deutschland eine ganz neue und zu 100 Prozent saubere Energiequelle für Fernwärme erschlossen - eine Energiequelle mit keinerlei Verbrennung fossiler Brennstoffe. Es wäre eine Energiequelle, die 24 Stunden am Tag und 365 Tage im Jahr einen Teil des Jahresverbrauchs an Fernwärme liefern würde, da ja auch im Sommer Warmwasser gebraucht wird.

Allerdings wären hierfür ein weitreichender Konsens, unkomplizierte Regeln und funktionierende Geschäftsmodelle notwendig.

Schon heute

Selbst völlig ohne ein Fernwärmenetz können Rechenzentren heute Wärme auf nachhaltige Weise zurückgewinnen. Ich weiß von wassergekühlten Servern, die Temperaturen über 60 Grad liefern.

Die in Bayern entwickelte „Hot-Fluid“-Technik der Thomas-Krenn AG ist hochgradig attraktiv und kann mit ganz normalen Heizungen ohne Fernwärmesystem kombiniert werden – und das unabhängig von der Größe des Rechenzentrums. Eine Besonderheit dieser Server-Systeme ist, dass sie auch mit Gleichspannung betrieben werden können, was wiederum bedeutet, dass wenn die Sonne scheint, eine Photovoltaikanlage die Energie liefern kann, und das mit sehr geringen Umwandlungsverlusten – die perfekte Symbiose.

Mit Flüssigkühlung und Abwärmenutzung aus der Stromkostenfalle

Die Renaissance der Flüssigkühlung im RZ

Mit Flüssigkühlung und Abwärmenutzung aus der Stromkostenfalle

19.10.16 - Bereits ohne Abwärmenutzung führt die Flüssigkühlung nach dem „Hot Fluid“-Prinzip zu beträchtlichen Einsparungen bei Investitions- und Betriebskosten im Rechenzenztrum. Flüssigkühlung bietet darüber hinaus günstige Voraussetzungen zur Wärmerückgewinnung, zur lokalen Nutzung oder Einspeisung in Fernwärmenetze. lesen

Das Interesse für Wärmerückgewinnung in Datacenter ist in Deutschland bis jetzt jedoch eher kühl. Die meisten Betreiber größerer Rechenzentren haben zwar verstanden, dass Wärmerückgewinnung von Vorteil wäre, wurden jedoch bei Nachfrage von den Fernwärmebetreibern zurückgewiesen.

Was geschieht in der Politik?

Die Fernwärmebetreiber denken offenbar lieber an ihre Gewinne als an Nachhaltigkeit. Solche Unternehmen sind meistens in öffentlicher Hand. Das aber bedeutet Symbiose mit der Politik vor Ort.

Die verantwortlichen Politiker sehen gerne hohe Einnahmen in diesen Unternehmen, über Nachhaltigkeit sprechen sie gerne, um wiedergewählt zu werden. Dennoch interessiert sich kaum einer von ihnen für dieses Thema, da es nicht besonders medienwirksam ist. Dass die Branche der Datacenter in Deutschland ein Problem mit den Energiekosten hat und direkt 130.000 Arbeitnehmer beschäftigt, ist scheinbar nicht so wichtig, wie 20.000 Arbeitnehmer, die im Bereich Braunkohle arbeiten und weit mehr Aufmerksamkeit bekommen.

Wissenslücken und Vorturteile statt Einsehen und Handeln
Wissenslücken und Vorturteile statt Einsehen und Handeln (Bild: Borderstep Institut)

Die Bundesnetzagentur reguliert alle Netze in Deutschland - außer das Fernwärmenetz. Daher gibt es bis jetzt noch keine Regeln für die Zusammenarbeit williger (oder unwilliger) Akteure. In der Folge haben Wissenslücken zu falschen Schlussfolgerungen geführt und münden oftmals mit dem folgenden typischen Argument: „Die niedrigen Wassertemperaturen der Datacenter können nicht mit den hohen Temperaturen gekoppelt werden, die für die Fernwärme erforderlich sind.“ (siehe: Abbildung 3)

Dieses Problem wurde in Schweden schon vor 25 Jahren gelöst: Effektive Wärmepumpen erhöhen die Temperatur auf über 80 Grad, und das funktioniert perfekt. Eine Wärmepumpe funktioniert ja auch nicht anders als ein Chiller und der Stromverbrauch für diesen sollte unmittelbar von der EEG-Umlage befreit werden.

Es werden die Falschen bestraft

Energie zwei Mal zu verwenden, sollte nicht bestraft werden! Das gilt nicht nur für die Branche der Datacenter. Überall in der Industrie werden Mengen an Abwärme erzeugt, die meiner Meinung nach auf eine unverantwortliche Art und Weise verschwendet werden.

Etwa 10 bsi 20 Prozent des Stromverbrauchs im Rechenzentrum gehen durch Verlustleistungen in USV-Anlagen verloren.
Etwa 10 bsi 20 Prozent des Stromverbrauchs im Rechenzentrum gehen durch Verlustleistungen in USV-Anlagen verloren. (Bild: Borderstep Institut)

Wenn ich den Energieverbrauch unserer Rechenzentren weiter analysiere und die Statistik des Borderstep-Instituts zutreffend interpretiere, sehe ich ein weiteres erschreckendes Beispiel: Etwa 10 Prozent des Stromverbrauchs gehen durch Verlustleistungen in den USV-Anlagen verloren. (siehe: Abbildung 4)

Lassen Sie mich auf die Parallele mit den Offshore-Windkraftanlagen zurückkommen: Wir benötigen 100 Offshore-Windkraftanlagen, die zirka 2 Milliarden Euro gekostet haben, um die Verlustleistung alter und überdimensionierter USV-Systeme in unseren Rechenzentren zu decken – sind wir noch zu retten?

Ich wüsste noch mehr zu diesem Thema zu sagen. Lassen Sie uns miteinander reden auf dem Datacenter-Day 2017 am 24. Oktober in Würzburg!

Was meinen Sie zu diesem Thema?
Grundsätzlich sollte jede Art von Energie unabhängig von Ihrer Art und Verteilung genutzt werden....  lesen
posted am 21.09.2017 um 14:49 von PStavirz

@BerndVermeer; die Kosten, auch für Rohrleitungen, werden mit 40% gefördert, ich stehe gerne mit...  lesen
posted am 20.09.2017 um 10:53 von staffan@reveman.com

Herr Göllner, lass uns gemeinsam Installationen in Schweden anschauen. Mit Ablehnung kommen wir in...  lesen
posted am 20.09.2017 um 10:35 von staffan@reveman.com

was für ein grausamer Artikel! Er hält allen Beteiligten den Spiegel vor und fordert eine...  lesen
posted am 15.09.2017 um 18:44 von Unregistriert

Ich bin beeindruckt davon, dass Herr Reveman hier den Nagel vollständig auf den Kopf getroffen...  lesen
posted am 15.09.2017 um 09:37 von Unregistriert


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