Stromversorgung für Rechenzentren, eines der Themen auf dem DataCenter Day 2020 Das spricht für Lithium-Ionen- statt Bleibatterien in USV-Anlagen

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Data Center Group – Büro Köln

Schwankt die Stromzufuhr im Datacenter, sorgen USV-Anlagen für reibungslosen Energiefluss. Statt mit klassischen Bleisäurebatterien lassen sie sich auch mit kompakteren und leistungsfähigeren Lithium-Ionen-Akkus betreiben. In fünf Jahren könnten diese gar flächendeckend zum Einsatz kommen.

Über dem Rhein-Main-Gebiet tobt ein heftiges Unwetter. Ein Blitz schlägt in ein Umspannwerk ein. Solche Ereignisse lassen die Spannung im Stromnetz stark schwanken oder den Strom mitunter zeitweise ganz ausfallen. Ein kritisches Thema, vor allem für die zahlreichen Rechenzentren, die rund um den weltweit größten Internetknoten DE-CIX in Frankfurt angesiedelt sind.

Wäre in solch einem Rechenzentrum die Stromzufuhr unterbrochen, stünde die digitale Welt schnell still. Kritische Geschäftsanwendungen wären nicht mehr verfügbar, wichtige Daten ließen sich nicht speichern und gingen verloren. Auch Smartphone-Apps funktionierten dann nicht mehr und in sozialen Netzen könnten User neue Informationen weder abrufen noch veröffentlichen.

Was sich für die Nutzer nach einem Schreckensszenario anhört, lässt Rechenzentrumsbetreiber in der Regel allerdings kalt. Denn sie haben für solche Fälle vorgesorgt – und sichern sich gleich doppelt ab: USV-Anlagen (Unterbrechungsfreie Stromversorgung) und Notstromgeneratoren stellen die Stromversorgung unmittelbar wieder her und einen störungsfreien Betrieb sicher.

Die Preise für Lithium-Ionen-Batterien fallen

USV-Anlagen gelten als wichtiger Baustein, um Rechenzentren ausfallsicher und hochverfügbar zu machen. Die Akkus versorgen auch bei Spannungsschwankungen alle Komponenten eines Rechenzentrums zuverlässig und unterbrechungsfrei mit Strom. Waren dafür seit Jahrzehnten Bleisäurebatterien im Einsatz, drängt mehr und mehr eine neue Technologie auf den Markt: innovative Akkus auf Basis von Lithium-Ionen-Technologie, entwickelt und produziert von Herstellern wie Huawei.

Galten mit Lithium-Ionen-Akkus ausgestattete USV-Anlagen noch bis vor kurzem als zu teuer, werden sie mehr und mehr zu einer ökonomischen Alternative. Hat sich laut Horváth & Partner/ Statista der Preis seit 2013 doch von 400 Euro pro Kilowattstunde auf unter 90 Euro reduziert – Tendenz weiter fallend (siehe: Grafik). Das macht die Technologie laut Experten über die klassische Nutzung in Elektroautos und Smartphones hinaus auch für den Einsatz in Rechenzentren interessant.

Hoher Wirkungsgrad, Energie-effizienter Betrieb

Doch was macht die neuen Lithium-Ionen-Modelle so besonders? Sie verfügen über einen hohen Wirkungsgrad von bis zu 97 Prozent, sind modular aufgebaut und ermöglichen das so genannte Hot Swapping, also den Austausch defekter Komponenten im laufenden Betrieb. Damit lassen sich USV-Anlagen einfacher warten und ausfallsicher betreiben.

Weitere Vorteile: Generell erweisen sich Lithium-Ionen-Akkus als zuverlässiger und leistungsfähiger als Bleisäurebatterien. Überdies sind sie deutlich leichter, so dass sie sich einfacher ins bauliche Umfeld von Rechenzentren einbetten lassen.

Sie besitzen eine längere Lebensdauer und benötigen weniger Platz, da sie Energie kompakter speichern können und damit die Energie-Effizienz von Rechenzentren verbessern. Dank steigender Energiedichte lässt sich die für USV-Anlagen benötigte Fläche reduzieren. So können die Kunden mehr Leistung auf gleichem Raum unterbringen und müssen ihr Datacenter nicht für viel Geld aufwendig erweitern.

Während Bleisäurebatterien bisher in separaten Räumen mit eigener Kühlung und Durchlüftung installiert werden mussten, entfällt dieser Aufwand bei Lithium-Ionen-Batterien. Sie sind integraler Bestandteil der USV-Lösung, was ein genaues Monitoring, eine nahtlose Bedienbarkeit sowie eine Angleichung der Betriebstemperaturen ermöglicht.

Recycling-Prozess: Was passiert zum Schluss?

Während der Markt für Bleisäurebatterien seit Jahrzehnten existiert, müssen sich das Angebot und die Nachfrage nach Lithium-Ionen-Batterien für USV-Anlagen erst noch einspielen. So ist beispielsweise noch unklar, wie sich für diesen Akku-Typ effiziente Recycling-Prozesse etablieren lassen, sollten sie flächendeckend zum Einsatz kommen. Dass die Hersteller alle Komponenten ihrer USV-Anlagen wieder zurücknehmen, dafür sorgt schon jetzt das Elektro- und Elektronikgerätegesetz (ElektroG).

Doch eine Herausforderung bleibt: Während es bei Bleisäurebatterien eine Recycling-Rate von knapp 99 Prozent gibt, steht man bei der Wiederverwertung von Lithium-Ionen-Batterien erst am Anfang. Allerdings gehen Experten davon aus, dass es für die junge Technologie in den nächsten fünf Jahren einen standardisierten Recyclingprozess geben wird. Daran arbeiten nicht nur die Hersteller, sondern auch internationale Gremien etwa seitens der Europäischen Union.

Weitere Herausforderung: der Brandschutz der USV-Anlagen. Verursachen Lithium-Ionen-Batterien einen Kurzschluss, setzen die eingebundenen Materialien zusätzlich Sauerstoff frei, was den Brand weiter anfacht. Um dies zu vermeiden, setzt Huawei bei den Akkus für das System „Smart Li UPS“ bewusst auf eine Lithium-Eisen-Phosphat-Verbindung. Diese gilt als sicherer als das in klassischen Lithium-Ionen-Batterien genutzte Gemisch auf Basis von Lithium-Cobalt.

Das Ziel: Klimaneutrale Rechenzentren

Außerdem arbeitet Huawei intensiv an einem Ende-zu-Ende-Szenario für klimaneutrale Datenzentren. Dabei wird nachhaltig mit Solarzellen oder Windrädern erzeugte Energie aufbereitet, in Lithium-Ionen-Batterien zwischengespeichert und von dort nach Bedarf für den Betrieb der IT-Infrastruktur, aber auch anderer Bereiche wie beispielsweise Ladestationen für Elektroautos genutzt.

Rechenzentrumsbetreiber und andere Interessierte können sich USV-Anlagen mit Lithium-Ionen-Batterien im Datacenter Lab von Huawei in Nürnberg näher ansehen und im Live-Betrieb ausprobieren. Das dortige Network Energy Labor existiert bereits seit sechs Jahren und zeigt die gesamte Produktpalette des Unternehmens in Sachen intelligente Energie-Management-Systeme, darunter Datacenter-Produkte, Stromversorgungssysteme für Telekommunikationsanbieter und Photovoltaikanlagen.

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