Datacenter-Abwärmenutzung Das Leuchtturmprojekt Westville soll Frankfurter Energiebedarf senken

Der Stromverbrauch und die CO2-Emissionen am Datacenter Hotspot Frankfurt am Main steigen von Jahr zu Jahr. Treiber dieser Entwicklung sind nicht zuletzt die vielen Rechenzentren. Mit 1.600 Gigawattstunden pro Jahr verbrauchen sie heute doppelt so viel Strom wie alle 400.000 Haushalte zusammen. Auch der oftmals zum Vergleich herangezogene Rhein-Main-Airport ist mit diesen Zahlen längst abgehängt. Auf die Rechenzentren entfällt heute dreimal so viel Energie.

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Neubaugebiet Westville im Frankfurter Gallusviertel: Die Beheizung der Mietwohnungen, Kitas und Gewerbe-Einheiten im Frankfurter Neubaugebiet Westville soll in einer Kombination aus Fernwärme und Abwärme aus dem benachbarten Telehouse / KDDI-Rechenzentrum erfolgen.
Neubaugebiet Westville im Frankfurter Gallusviertel: Die Beheizung der Mietwohnungen, Kitas und Gewerbe-Einheiten im Frankfurter Neubaugebiet Westville soll in einer Kombination aus Fernwärme und Abwärme aus dem benachbarten Telehouse / KDDI-Rechenzentrum erfolgen.
(Bild: Instone)

Bei den CO2-Emissionen sieht es etwas günstiger aus. Laut Berechnungen des Frankfurter Energiereferats zeichnen die Rechenzentren für zehn Prozent der Treibhausgase der Mainmetropole verantwortlich. Bemerkenswert: Bei der Bilanzierung des Stromverbrauchs in Frankfurt mit dem Bundesstrommix fällt ein zum Bundesdurchschnitt gegenläufiger Trend auf.

Während die Kurve für den Bund linear nach unten verläuft und eine Reduktion von 20 Pro-zent gegenüber dem Vergleichsjahr 2017 anzeigt, verläuft die Linie für die Mainmetropole eher zickzackartig und verharrt auf satten 25 Prozent (siehe: Abbildung Energiereferat ). Andererseits verbrauchen mehr Menschen auch mehr Energie: Das Bevölkerungswachstum in Deutschland stieg seit 1990 lediglich um 4 Prozent und in Frankfurt am Main dagegen um 17 Prozent an.

Verantwortlich für den CO2-Fußabdruck bei den Rechenzentren sind vor allem der benötigte Strom für die Rechner und die insbesondere bei den großen Co-Location-Rechenzentren noch übliche Umluftkühlung. Bei einem Energie-effizienten Rechenzentrum mit Einhausung und Warm-/Kaltgang-Trennung gehen 75 Prozent des Strombedarfs in die Rechnerleistung und 25 Prozent in die Technik, die Abwärme an die Umgebung ableitet.

Enthusiasmus und Skepsis

Vor diesem Hintergrund wird deutlich, warum das Megathema einer alternativen Nutzung der bislang sinnlos an die Umgebung abgegeben Abwärme in der Branche immer stärker in den Fokus rückt. Experten wie der Geschäftsführer von Telehouse Deutschland / KDDI, Bela Waldhauser, gehen sogar davon aus, dass „rein theoretisch und unter bestimmten Voraussetzungen wie beim Aufbau moderner Fernwärmenetze“ bis 2030 der Wärmebedarf aller Wohn- und Büroräume der Mainmetropole durch die Abwärme aus den Datacenter abgedeckt werden könnte.

Diese optimistische Einschätzung wird allerdings vom Frankfurter Energiereferat so nicht geteilt. Paul Fay: „Man soll so viel der industriellen Abwärme nutzen, wie möglich. Für alle Frankfurter Haushalte wird es aber auch 2030 noch nicht ausreichen, selbst wenn wir unterstellen, dass die Häuser saniert werden und die Bewohnerinnen und Bewohner immer weniger Energie ver¬brauchen“ (siehe: Download).

Das Pilotprojekt im Frankfurter Neubaugebiet Westville

Ein bemerkenswertes bundesdeutsches Pilotprojekt nach schwedischem Vorbild hat Manuel Gerdsmeyer, Vertrieb Wärme & Contracting der Mainova AG, auf der virtuellen Datacenter & Colocation-Konferenz vorgestellt: Im Frankfurter Gallusviertel wird unter Federführung des Projektentwicklers Instone ein neues innerstädtisches Wohnquartier unter dem Namen Westville entstehen.

Der Clou des Ganzen: Die Beheizung der Gebäude soll in einer Kombination aus Fernwärme, maximal 40 Prozent, und Abwärme , mindestens 60 Prozent, aus dem benachbarten Telehouse / KDDI-Rechenzentrum erfolgen. Insgesamt sind für das von innerstädtischen Datacenters umrahmte Quartier 1.300 Mietwohnungen, Kitas, Gewerbe-Einheiten mit einer Heizlast von 3.200 Kilowattstunden (kWh) und einer prognostizierten Wärme-Abnahme von 4.000 Megawattstunden (MWh/a) vorgesehen.

Der Energieversorger Mainova hat dafür verschiedene Heizkonzepte als Angebot abgegeben und damit von Anfang an das Thema Rechenzentrumsabwärmenutzung ins Spiel gebracht. Schlussendlich konnte sich das regionale Energie-Unternehmen gegen alle Wettbewerber durchsetzen, die nach wie vor auf vermeintlich günstige fossile Energieträger gesetzt haben.

Eines der Probleme, gezeigt am Beispiel Griesheim: Bedarf und Angebot von DataCenter-Abwärme klaffen weit auseinander.
Eines der Probleme, gezeigt am Beispiel Griesheim: Bedarf und Angebot von DataCenter-Abwärme klaffen weit auseinander.
(Bild: Energiereferat Stadt Frankfurt am Main)

Gerdsmeyer zum aktuellen Projektstand: „Erste Tiefbauarbeiten und die Erschließung mit Wärme haben bereits begonnen. Die erste Wärmelieferung ist mit dem Betrieb des ersten Bauabschnitts für 2023 vorgesehen. Die Fertigstellung des gesamten Quartiers ist für 2025 geplant.“

Hemmnisse frühzeitig aus dem Weg räumen

Für das Gelingen dieses für Deutschland bislang einmaligen Projekts und mögliche Nachfolger sieht der Mainova-Experte gleich mehrere Voraussetzungen wie die räumliche Nähe zwischen Rechenzentrum und Wohnquartier. Darüber hinaus müsse die Abwärmenutzung, so Gerdsmeyer weiter, derzeit noch in einem Neubaugebiet erfolgen, andernfalls sei ein Projekt dieser Art nicht wirtschaftlich umzusetzen.

Dem Energieversorger sollte vom Rechenzentrumsbetreiber Zugriff „auf alles, was wir verbauen“, erteilt werden. Gerdsmeyer: „An diesem Punkt muss man sich einig werden. Telehouse Deutschland / KDDI hat von Anfang an großes Interesse gezeigt, das Projekt gemeinsam mit uns umzusetzen. Nichtsdestotrotz ist Mainova in der Vergangenheit an dieser Frage auch schon gescheitert.“

Politische Rahmenbedingungen seien stets ein schwieriges Thema. In Deutschland berücksichtigten nur die wenigsten Förderprogramme und Vorgaben überhaupt die Abwärmenutzung. Gerdsmeyer: „Teilweise türmen sich Hindernisse auf, die absurd wirken, wie die Forderung, bei Neubauten primäre Energiefaktoren einzuhalten.“

Absurde Stolpersteine

Zur Verdeutlichung: Durch den Einsatz von Abwärme wird der primäre Energiefaktor der Fernwärme verschlechtert. Rechnerisch ergibt sich bei der Fernwärme in Frankfurt am Main der sehr gute Energiefaktor von 0,3 - erzielt unter anderem durch Müllverbrennung. Wenn Mainova nun Abwärme mit hineinspeist, verschlechtert sich dieser Wert auf immer noch gute 0,45. Gerdsmeyer: „An diesem Beispiel sieht man, dass bei der Berechnung des Energiefaktors das Thema Abwärme überhaupt nicht vorgesehen ist. Es kann und muss daher noch viel verändert werden, damit solche innovativen Projekte wie Westville auch in der Fläche umgesetzt werden können.“

Dennoch geht der Energieversorger bei seinem Engagement im Frankfurter Gallusviertel auch in puncto Fördermittel nicht gänzlich leer aus. Über die Frage, welche „Töpfe“ genau angezapft wurden, und weitere Projektdetails schweigt sich die Mainova-Pressestelle zum jetzigen Zeitpunkt noch aus.

Wirtschaftlichkeit und Marktumfeld

Vor allem sei die Kooperationsbereitschaft der Rechenzentrumsbranche für das Gelingen auch zukünftiger Projekte dieser Art essenziell. Gerdsmeyer: „Das Ganze rechnet sich derzeit nur, wenn die Abwärme kostenfrei zur Verfügung gestellt wird. Wenn wir dafür auch noch zahlen müssten, hätten wir derzeit im Wettbewerb zur gasbasierten Lösung noch keine Chance, wirtschaftlich zu arbeiten.“

Die größten Kosten entstehen vor allem durch die Errichtung einer Abwärmetrasse, den Einsatz von Spezialwärmepumpen, hohe Strompreise und vor allem die Temperaturdifferenz Δt. Bei Neubauten wird laut dem Energieversorger bei zentraler Warmwasserbereitung 65 bis 70 Grad heißes Wasser im Vorlauf benötigt, bei Bestandsbauten sogar 90 Grad.

Deshalb könne die Abwärmenutzung derzeit nur im Wohnbereich mit Neubauten wirtschaftlich betrieben werden. Gerdsmeyer: „Ansonsten kommt es einfach zu teuer, die Temperaturdifferenz ‚hochzuheizen‘.“

Erst wenn in Zukunft auch die großen Co-Location-Rechenzentren verstärkt auf Wasserkühlung – die ein Auskoppeln höherer Temperaturen ermöglicht – umsteigen, kann sich der Mainova-Experte vorstellen, dass sich Projekte wie Westville auch bei Bestandsbauten rechnen werden. Gerdsmeyer: „Aktuell ist das leider noch nicht der Fall.“

Last, but not least steht und fällt ein solches innovatives Projekt wie Westville auch mit der intellektuellen Offenheit und dem Interesse der Investoren. Gerdsmeyer. „Auch sie wissen natürlich, dass Rechenzentrumsabwärmenutzung in Deutschland noch alles andere als ein Standard ist.“

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Über den Autor

Technischer Redakteur M.A. Harald Lutz

Technischer Redakteur M.A. Harald Lutz

Fachjournalist und Technikredakteur in Frankfurt am Main, Redaktion H. Lutz