Umweltbewusst und/oder innovativ und/oder schlichtweg praktisch Die Kraftwerke Mainz-Wiesbaden bauen Datacenter ohne Notstromanlage

Ein Rechenzentrum ohne teure Notstromanlage? Das kann funktionieren, beweist die Kraftwerke Mainz-Wiesbaden AG (KMW) mit ihrer innovativen Planung. Zusätzlich versorgt die KMW das Rechenzentrum mit selbst erzeugter regenerativer Energie.

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Rechenzentren sollen grün werden – oder jedenfalls grüner als bisher. So erklang es einstimmig auf allen einschlägigen Rechenzentrumstagungen und -Veranstaltungen in den vergangenen Monaten. Angesichts der ehrgeizigen Klimaziele der EU und Deutschlands ist das allerdings mittlerweile kein Beweis mehr für besonders hohes Umweltbewusstsein, sondern eher aus ökonomischen Motiven, Regulierungsbefürchtungen und Image-Gründen ein Muss.

Ohne Innovation geht es dabei nicht. Ein Beispiel dafür liefert die KMW. Das Unternehmen wurde von den Mainz und Wiesbaden vor 90 Jahren gegründet, um die beiden Städte mit Strom zu versorgen. KMW und gehört beiden jeweils zur Hälfte.

Branchenübergreifendes Denken gefragt

Sein Beispiel zeigt, dass branchenübergreifendes Denken Effizienzpotentiale eröffnet, die ansonsten kaum erreichbar wären. Zum Beispiel zwischen Energie-Erzeugern und Datacenter-Branche sowie Telekommunikationsdienstleistern.

Energieversorger und Datacenter stehen an einem Wendepunkt

Rechenzentren sind mit Power-to-Heat eine Ressource der Zukunft

Den Strom und die Fernwärme erzeugen mehrere hocheffiziente Gaskraftwerke mit Kraft-Wärme-Kopplung, eine Müllverbrennungsanlage und diverse Anlagen zur Erzeugung regenerativer Energie, vor allem Windenergie-Anlagen. Letztere stehen in unterschiedlichen Regionen Deutschlands, unter anderem in Rheinland-Pfalz, an der Nordsee und im Schwarzwald. Sie erzeugen aktuell rund 100 Megawatt (MW), die Gesamterzeugungskapazitäten liegt bei etwa 2 Terawattstunden (TWh).

Stromvermarktung an der Börse

Diese Kapazitäten werden derzeit ausschließlich an der Strombörse vermarktet, nicht an Endkunden. „Deshalb hat KMW keinen Vertrieb“, erklärt Prokurist Markus Blüm. „Die Kraftwerke versorgen nicht vor allem den Grundlastbedarf, sondern liefern gut bezahlte Spitzenlasten.“

Aktuell plant Blüm als verantwortlicher Projektleiter für KMW den Einstieg in neue Aktivitäten: Das Unternehmen konzipiert auf einer Fläche von rund 25.000 Quadratmeter an einem aktuellen Standort ein Co-Location-Rechenzentrum. Dabei unterstützt TTSP HWP, einer der drei großen Rechenzentrumsbau-Beratungsspezialisten in Deutschland. Die Baugenehmigung erwartet KMW noch im Jahr 2021.

Gaskraftwerk kann Datacenter notfalls im Inselbetrieb versorgen

Dem Kraftwerksbetreiber kommt zugute, dass er flexible, schnellstartfähige Kraftwerke betreibt. Denn so kann bei einem Ausfall des Stromnetzes eines der Gaskraftwerke das Rechenzentrum im Inselbetrieb versorgen.

Das hat außerdem den Vorteil, dass die Gaskraftwerke – anders als übliche Notstromaggregatoren – ohnehin in einem exzellenten Wartungszustand gehalten werden. Neben der Anschaffung einer Notstromanlage entfällt also auch die übliche aufwändige Wartung mit regelmäßigem Testbetrieb.

Auch eine aufwändige Genehmigung nach dem Bundesimmissionsschutzgesetz (BImSchG) entfällt. „Dadurch werden wir geringere Baukosten haben als vergleichbare Anlagen“, erwartet Blüm.

Sekundärkühlung durch Rheinwasser

Die IT der zukünftigen Kunden wird primär mittels eines geschlossenen Luftkreislaufs gekühlt. Der sekundäre Kühlkreislauf, der Wasser verwendet, übergibt die Abwärme direkt an den Rhein und braucht damit keine aufwändige Technologie.

An wenigen Tagen im Jahr überschreitet die Temperatur des Flusswassers 28 Grad Celsius, was es als Kühlmedium ungeeignet macht. Dann treten die als Reserve auf dem Dach des Datacenter geplanten klassischen Kühltürme in Aktion.

Adiabatik hätte keine Vorteile gebracht

Auf Adiabatik als Kühlmethode hat Blüm nach reiflichen Überlegungen verzichtet. „Die Technik ist nicht unkompliziert, und das Rheinwasser steht uns die längste Zeit des Jahres zur Verfügung“, begründet er. „Damit können wir einen wesentlich niedrigeren PUE erzielen.“

Dass eine Kühlung mit Rheinwasser funktioniert, beweisen die Gaskraftwerke der KMW, die schon länger auf diese Weise im richtigen Temperaturfenster gehalten werden. „Das werden wir auch so beibehalten; denn einige Kohlekraftwerke weiter stromaufwärts, die heute ebenfalls der Rhein kühlt, werden demnächst abgeschaltet“, sagt Blüm. Damit sinken generell die Wärmelasten des Flusses.

Abwärme soll in Wärmenetze eingespeist werden

Schließlich ist geplant, die Abwärme des Rechenzentrums, die wahrscheinlich eine Temperatur zwischen 30 und 35 Grad haben wird, zur Einspeisung in die vorhandenen Fernwärmenetze der Gegend zu nutzen. Das geschieht heute bereits mit der Abwärme der Müllverbrennungsanlage.

Allerdings ist dazu eine stromgeführte, also mit elektrischer Energie betriebene, Wärmepumpe nötig. Sie soll die Datacenter-Abwärme im Kühlwasser auf 100 Grad anheben und damit für die Fernwärme-Einspeisung tauglich machen. „Ich gehe davon aus, dass wir perspektivisch rund die Hälfte der dieser Abwärme in das Fernwärmenetz einspeisen können“, prognostiziert Blüm.

Versorgung komplett mit Grünstrom

Die Stromversorgung des Rechenzentrums wird komplett über Grünstrom erfolgen, indirekt also durch die eigenen regenerativen Erzeugungskapazitäten. Damit wird sich das Rechenzentrum der KMW in einem für die Nachhaltigkeit wesentlichen Merkmal von vielen anderen unterscheiden, die lediglich Herkunftsnachweise einkaufen, ohne selbst Erzeugungskapazitäten vorzuhalten.

Geplant sind drei Formen des Zusammenspiels zwischen Erzeugung, Abwärmenutzung und Kühlung: Fließt aufgrund günstiger Witterung genug erneuerbarer Strom ins Stromnetz, werden die Gaskraftwerke abgeregelt und die vorhandene Wärmepumpe wird mit Grünstrom von der Börse betrieben.

Ist wegen Wolken und Windstille wenig erneuerbarer Strom im Netz , erzeugen die Gaskraftwerke die nötige Energie für die Fernwärme. Das ist günstig, weil solche Phasen meistens im Winter auftreten, wo sie tatsächlich gebraucht werden. Dann dient der Rhein als Kühlung für das Rechenzentrum.

Für große Hitze gibt es Kühltürme auf dem Dach

Diese beiden Phasen werden den Hauptteil des Strombedarfs im Rechenzentrum abdecken. „Tendenziell ist immer mehr erneuerbarer Strom in den Netzen, deshalb werden wir wohl vorwiegend im ersten Modus arbeiten“, erklärt Blüm. Die dritte, nur sehr selten relevante Variante für besonders heiße Tage ist die bereits beschriebene Kühlung des Kühlwassers mittels der Kühltürme auf dem Dach.

Nicht nur hinsichtlich der Energieversorgung ist der geplante Datacenter-Standort günstig. „Wir haben bisher bereits Glasfaser von fünf Carriern auf dem Gelände“, freut sich Blüm. Das liege daran, dass bei der Verlegung von Gas- und Stromleitungen oft gleich Glasfaserkabel auf Vorrat dazu gepackt werden.

Zudem habe man noch leere Gasrohre unter dem Rhein hindurch, durch die jederzeit Glasfaserkabel geführt werden könnten. Die Entfernung zum größten deutschen Austauschknoten De-CIX in Frankfurt beträgt „je nach Messverfahren 30 bis 50 Kilometer“ (Blüm).

6.000 Quadratmeter Rechnerfläche, 54 MW Leistung im Vollausbau

Geplant sind drei Gebäude mit jeweils vier Whitespace- und anderthalb Geschossen für die Betriebstechnik, insgesamt 6.000 Quadratmeter Rechnerfläche, die für Das es 3 Kilowatt pro Quadratmeter [Anm. der Redaktion: ursprünglich stand an der Stelle 3 MW/m² - ein Flüchtigkeitsfehler in den Angaben der KMW] ausgelegt sind. Ein Datacenter-Gebäude hat damit eine IT-Leistung von 18 MW. Die Gesamtleistung des Rechenzentrums wird also im Vollausbau bei 54 MW liegen.

Um die Planungen möglichst bald umsetzen zu können, peilt KMW auch ökonomisch ein innovatives Modell an: Der Energie-Erzeuger wird das Rechenzentrum in eine eigene Gesellschaft auslagern.

Für diese Gesellschaft sucht KMW derzeit einen Partner, der im Gegensatz zu dem Energieerzeuger einen Vertrieb besitzt und seine Leistungen bereits an Kunden vermarktet. „Wir streben eine langfristige Zusammenarbeit auf Augenhöhe an: Wir bringen die Technik, der Partner die Kunden“, beschreibt Blüm seine Idee.

Geeigneter Partner gesucht

Noch ist nicht klar, wer mit KMW ins Boot steigt. Doch bis Ende 2021 soll der Partner gefunden sein. Dann kann 2022, wenn alle Voraussetzungen erfüllt sind, der Bau beginnen.

Co-Loction-Kunden agieren zunehmend umweltbewusst, um ihre firmeninternen Kohlendioxid-Reduktionsziele auch hinsichtlich der IT zu erfüllen (siehe: „Grün wird Leitthema für Rechenzentren“). Deshalb ist das geplante Rechenzentrum der KMW für diese potentiellen Partner möglicherweise eine interessante Alternative zur aufreibenden Suche nach geeigneten Bauplätzen für ein eigenes Datacenter.

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