Nlighten sorgt für den Nachweis positiver Effekte von Serverhitze Die Nutzung von Datacenter-Abwärme braucht sektorübergreifende Kennzahlen

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Es deutet sich längst an, dass Rechenzentren Bestandteil der Kritischen Infrastruktur werden, nicht nur, weil die großen wegen Unmengen an Daten und Datenverkehr ohnehin zu den KRITIS-Unternehmen gehören. Sie können auch Strom und Abwärme liefern. Nlighten hat nun eine Studie veröffentlicht, die die Möglichkeit evaluiert, Energie-Erzeugung und Energieverbrauch in eine neue Metrik einzubinden, deren Perimeter neben dem kohlenstofffreien Strom (CFEl) auch die kohlenstofffreie Wärme (CFEH) berücksichtigt.

Die Studie „Measuring 24/7 Carbon Free Energy in the context of sector coupling: a methodology.“, die zusammen mit der Eni Enrico Mattei Foundation (FEEM) erstellt worden ist, bietet eine Erweiterung etablierter Konzepte* zur kohlenstofffreien Energie, derer sich die Rechenzentren unter anderem nach dem Energie-Effizienzgesetz (EnEfG) zunehmend bedienen müssen. Nlighten schlägt vor, bei der Erbringung seiner Dienstleistungen für die Kunden auf dem Konzept der kohlenstofffreien Energie aufzubauen, aber zu einer ganzheitlichen, auf Sektorkopplung basierenden Sichtweise auszubauen: Dies beinhaltet die Rückgewinnung und Nutzung von Abwärme.

Das Einbeziehen in Nachhaltigkeitsmetriken soll es ermöglichen, den Community-Effekt zu quantifizieren. Ausgehend von dem bekannten CFE-Indikator für Elektrizität (CFE = Carbon Free Energy), der auch als 'Analyse-Einheit' bezeichnet wird, nimmt Nlighten die Energieproduktion und den -verbrauch des Rechenzentrums hinzu und erweitert die Energie-Perimeter für kohlenstofffreien Strom (carbon-free electricity,CFEl) um die kohlenstofffreie Wärme (carbon-free heat, CFEH).

„cCFEl“ ist dann der Carbon-Free-Wert des Stromverbrauchs und „pCFEH“ die Carbon-freie Wärme über den Datacenter-Perimeter. Mit dieser Sektorkopplungsbetrachtung, siehe: Abbildung 2) wird dann eine Systemperspektive (σ) eingenommen, bei der die an die Rechenzentren angeschlossenen Einheiten ebenfalls in die Berechnung der Energie des Systems einbezogen werden - sowohl für Strom als auch für Wärme.

Das Nlighten-Rechenzentrum in Eschborn

Das Rechenzentrum, das das an der A5 liegt, 350 Meter vom Bahnhof und 15 Autominuten vom Frankfurter Flughafen entfernt, verfügt über eine Fläche von knapp 2.496 Quadratmeter und 4.800 Kilowatt Leistung, beziehungsweise 2,4 Megawatt IT-Last. Nlighten beschreibt es zudem als hochverfügbar und kann High-Density-Schränke unterbringen.

Das Ziel für das Carrier-neutrale Rechenzentrum mit verschiedenen Glasfaser-Eingangspunkten und Meet-me-Bereichen ist es, einen Tier III-Standard zu erreichen. Kühlung und Luftfeuchtigkeit genügt den ASHRAE-A1 -Vorgaben. Die Konformität zu ISO27001, PCI-DSS, SOC1, SOC2, ISO14001, ISO 50001, ISO22301 ist vorhanden.

Der PUE-Wert liegt bei laut Info-Broschüre bei 1,29. Wie Chad McCarthy erläutert, kann liefert das Rechenzentrum derzeit etwa 1 Megawatt an Abwärme, wir aber in Zukunft nahezu alles an produzierter Wärme abgeben können.

Die Sektorkopplung in einem KPI

Laut Studie führt dies zu kombinierten Systemberechnungen, die die Gesamtleistung des Sektors widerspiegeln und die elektrische als auch Wärme-Energie umfasst. Um zu der Kennzahl zu gelangen, werden die Berechnungen zunächst isoliert ausgeführt und dann kombiniert. Rechenzentrumsbetreiber bekommen also

• einen systemintegrierten Wert für kohlenstofffreie Energie (σ ICFEn, %) und

• die systemintegrierten vermiedenen Emissionen (σ I vermiedene Emissionen, Tonnen CO2e)

Letztendlich lässt sich mit dem Integrated Carbon-Free-Energy-Score (ICFEn) nicht nur 24 Stunden am Tag und sieben Tage die Woche der positive Effekt bei den Rechenzentren messen, sondern er kann auch nahezu in Echtzeit sektorübergreifend nachgewiesen werden. Wie Chad McCarthy, CTO und Mitgründer von Nlighten, betont, wäre es mehr als wünschenswert, das sich das heute vorgestellte Reporting-Modell in der gesamten Branche etabliere.

Anwendung im eigenen Betrieb

Das vorliegende Papier zeigt die Anwendung anhand eines Beispiels auf. Dafür dienst das Nlighten-Rechenzentrum in Eschborn. Dort soll das Datacenter vergleichsweise hoch temperierte Abwärme an ein Hallenbad und ein Bürogebäude der Stadtverwaltung abgeben und bei denen Abnehmern dazu beitragen, den Anteil an grüner Wärme beziehungsweise grüner Energie zu erhöhen. McCarthy sagt: „Wir sind noch in der Beta-Test-Phase.“

Doch er ist auch mehr als gespannt, wie die Branche auf den Vorstoß reagieren wird. Immerhin beklagen viele Rechenzentrumsbetreiber, dass sie außer enormen finanziellen, organisatorischen und baulichen Aufwänden quasi nichts von der Bereitstellung der Abwärme hätten, weder finanziell, in Form garantierter Nah- und Fernwärme-Abnehmer oder Kältelieferenten in Gegenzug, sie nicht einmal von den sonstigen Effizienzvorgaben des EnEfG entlasteten.

Und die Community-Bewertung habe auch für die Energielieferanten Vorteile, müssen doch auch sie rasch fossilen Energiequellen und Atomstrom zu CO₂-armer Produktion und -Lieferung gelangen. Zudem können Kommunen das Scoring für ihre Wärmeplanung nutzen.

Das Problem mit den Wärmepumpen

Auch das Nlighten Rechenzentrum in Eschborn muss, um die von den Abnehmern gewollte Temperatur Wärmepumpen nutzen, um die Gradzahl zu erreichen. Derzeit liegt sie bei 65 Grad. Wie McCarthy ausführt, habe man eine höhere Temperatur erreichen wollen, doch der Aufwand, der dafür notwendig gewesen wäre, habe das nicht gerechtfertigt, zumal auch die Energie, die die Wärmepumpen dann benötigten, ungleich höher stiege und damit die Kosten.

„Wenn man die Kosten für eine externe Wärmepumpe und die notwendigen Leitungen zusammenzählte und diese auf die Wärmenutzer abwälzte, stellt dies eine gewisse finanzielle Hürde für die Durchführbarkeit von Projekten dar“, drückt es McCarthy aus. Umgekehrt bestehe der Trick darin, eine Wärmepumpe sorgfältig auszuwählen. Sie sollte erlauben, dass sich das kalte Wasser, das beim Aufheizen quasi als Abfallprodukt entsteht, zum Kühlen nutzen lässt.

„Wir haben in derselben Wärmepumpe einen Temperaturunterschied von 22 bis 30 Grad und liefern in zwei Modi bei hohen Temperaturen und weniger Hitze aus,“ erläutert McCarthy. Zudem nutze das Rechenzentrum mehrere Wärmepumpen, das sorge zum einen für Ausfallsicherheit und zum anderen lasse sich der Einsatz optimieren, weil sich auch welche drosseln ließen, wenn sie nicht gebraucht würden.

Die Vorteile von Energie aus den Wärmepumpen

Die Studie listet die vom Anwendungsfall unabhängigen Vorteile von Wärmepumpen auf, wenn sie dazu dienen, die sektorübergreifend Abwärme aufzubereiten. Dazu zählt:

• die Möglichkeit, mit erneuerbaren Energien zu arbeiten

• die Nutzung basiert also zu 100 Prozent auf erneuerbar Energie, nämlich der Wärme, die Rechner ohnehin produzieren

• Flexibilität in der Nutzung, indem sie die Vektoren Heizung, Industrie und elektrische Energie verbinden

• ihre inhärente Flexibilität der Regelenergie stabilisiert das Stromnetz und ermöglicht höhere Auslastung, die auch ein gewisses Maß an Spitzenabsorption und Lastausgleich in einem Netz mit hohem EE-Anteil dominierten Stromnetz.

Zusammen mit den bereits erwähnten KPIs, definiert Nlighten auch:

*Etabliert ist etwa das Konzept „Energy 24/7 CFE“, auf das die Studie genauer eingeht.

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