Regenerative Energieversorgung im Rechenzentrum Grünstrom-Zertifikate sind bis auf Weiteres unentbehrlich

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Wie schaffen es Betreiber, ihre Rechenzentren vollständige auf regenerative Energien umzustellen? Das Uptime-Institute hat sich mit diesem Thema beschäftigt und kommt zu dem Schluss: Es geht nur langsam, Schritt für Schritt.

Immer mehr Rechenzentren in Deutschland und anderswo werben damit, sich vollständig mit erneuerbaren Energien zu versorgen. Doch was bedeutet das tatsächlich? Bei den meisten den Einkauf massenweiser Zertifikate oder Herkunftsnachweise.

Dabei bleibt allerdings meist ungeklärt, ob die Menge, die durch verkaufte Zertifikate eigentlich beim Erzeuger abgebucht werden müsste, nicht tatsächlich nah am Ort der Erzeugung real von anderen Kunden verbraucht wird – beispielsweise, weil entsprechende Leitungen zum Datacenter-Verbraucher woanders fehlen.

So geschieht es oft, wenn Rechenzentren regenerativen Strom im hohen Norden einkaufen: Sie erwerben dort Renewables-Zertifikate, etwa für Wasserkraft, nutzen aber real Strom aus dem deutschen Netz mit dem Standard-Mix einschließlich Kohle- oder Gasstrom. Der nordeuropäische Strom wird real weiterhin in Nordeuropa verbraucht, der zusätzlich Einnahmen durch Zertifikate hat.

24*7-Renewable-Versorgung in Echtzeit - wie geht das?

Ein Webinar des Uptime-Institute befasste sich damit, wie Rechenzentren zu einer vollständig nachhaltigen Stromversorgung kommen können, um klimaneutral zu werden. Eine Untersuchung des Instituts ergab, dass dieses Ziel bis 2030 immerhin knapp 60 Prozent der Datacenter anstreben. Nur 6 Prozent behaupten heute schon von sich, vollständig klimaneutral zu wirtschaften.

Das Uptime Institute unterscheidet zwischen dem Anteil des Erneuerbaren-Verbrauchs in Echtzeit und dem Anteil, der als Zertifikat oder Herkunftsnachweis bezogen wird. „Man sollte auf längere Sicht auf jeden Fall 24*7 Renewable-Versorgung in Echtzeit anstreben“, empfiehlt Jay Dietrich, Research Director Sustainability beim Uptime-Institute. Wichtigster Grund dafür ist, dass die Zertifikate aus den oben genannten Gründen hinsichtlich der Nachhaltigkeit zu Recht keinen allzu guten Ruf genießen.

Umbau in kleinen Schritten

Doch, so Dietrich weiter, dies könne nur Schritt für Schritt funktionieren. Der Prozentsatz des Echtzeit-Renewable-Verbrauchs müsse kleinteilig hochgefahren werden. Gleichzeitig müssten der Verbrauch und die damit verbundene Kohlendioxid-Ausschüttung minutiös gemessen und die Emissionen für jede Energiequelle systematisch minimiert werden.

Hinsichtlich des Zieles „Schnelle Regenerative Echtzeit-Vollversorgung“ ist Dietrich für die nächsten Jahre skeptisch. Warum, belegt er anhand einer Grafik zum ganzjährigen Anfall von Windenergie in Schottland, und den ergänzenden (fossilen) Energieformen.

Das Ergebnis: Die Windernte schwankt selbst im windigen Irland stark im Jahresverlauf. Und selbst in den besten Monaten – Januar und Februar – liegt ihr Anteil derzeit nur bei einem Drittel des Strombedarfs. Zudem beträgt in den weniger windhöffigen Sommermonaten die Windernte nur ein Drittel derer der windigsten Monate. Sprich: Es müssen weiterhin gigantische Mengen Windenergie auf- und ausgebaut werden, um den Bedarf in Echtzeit zu stillen.

Wichtige Hindernisse

Der vollständigen Versorgung mit Kohlenstoff-freien Energien (Carb-free energies, CFE), zu denen Uptime auch Nuklearenergie rechnet, stehen also im Prinzip folgende Hindernisse entgegen: vor allem unstete Verfügbarkeit der Erneuerbaren; denn Wind weht nicht immer und die Sonne scheint weder nachts noch, wenn sie hinter Wolken liegt. Dazu kommen bislang fehlende günstige Dauer-Speichermöglichkeiten für die regenerativ erzeugt Energie und die Notwendigkeit, dass für eine funktionierende Echtzeit-Versorgung der Input und der Output an Energie im Grid zu jedem Zeitpunkt genau gleich groß sein müssen.

Bei Versorgungslöchern wegen Flaute oder schlechtem Wetter muss also sofort ein System einspringen, das die dann fehlenden Elektronen doch noch bereithält. Wahrscheinlich wird dies wohl noch eine ganze Reihe von Jahren Kohle, Gas oder auch Nuklearenergie sein.

Notwendiges Traking der Emissionen

Eine weitere Notwendigkeit, um das große Ziel belegbar zu erreichen, sind spezifische Tracking-Tools. Mit ihnen lässt sich der konkrete Energieverbrauch einzelner Verbraucher bezogen aufs verwendete Energiemedium in Kohlendioxid-Erzeugungswerte umzurechnen.

Aufgrund dieser Bedingungen die Frage, ob es sinnvoll sei, die Rechenzentren dahin zu bauen, wo mehr regenerativer Strom erzeugt wird. Dies, so Dietrich, lasse sich nicht eindeutig sagen. Denn erstens stehe auch da, wo regenerative Energien erzeugt werden, heute nicht ausreichend viel davon zur Verfügung, um vollständig regenerativ zu versorgen.

Das heißt, man braucht auf jeden Fall eine fossile oder Speicherergänzung. Zweitens sei es notwendig, flächendeckend mehr regenerative Energiequellen zu erschließen. Und Rechenzentren abseits der bisherigen Renewables-Zentren erhöhten den Druck in diese Richtung.

Der Standort entscheidet heute über die Nachhaltigkeit des Rechenzentrums

Wie problematisch die Lokalisierung von Datacenter in Bezug auf die Versorgung mit erneuerbarer Energie ist, demonstrierte Dietrich an den öffentlich zugänglichen Daten über die Google-Rechenzentren. So werden in sehr windigen Gegenden wie Iowa Versorgungsgrade mit regenerativen Energien von über 90 Prozent erreicht. In einem sehr sonnigen Bundesstaat der USA wie Alabama sorgt Photovoltaik für bereits 68 Prozent Regenerativen-Anteil in Echtzeit.

Bei Stadt- oder dicht besiedelten Inselstaaten wie Singapur (Schlusslicht mit einem einstelligen Renewables-Versorgungsgrad) und Taiwan (17 Prozent) sieht es dagegen wegen dichter Besiedlung und Flächenknappheit schlecht aus. Und Stromleitungen, die regenerativ erzeugten Strom von anderswo in diese Gegenden bringen könnten, gibt es nicht.

Drei- bis fünfmal so viel Erzeugungskapazität als Verbrauch nötig

Realistischerweise müsse man wegen der Fluktuation der Regenerativen für eine regenerative Vollversorgung drei- bis fünfmal so viel regenerative Erzeugungskapaziäten bereitstellen wie zur Versorgung eines Verbrauchers nötig sei, sagt Dietrich. Überschüssige Windenergie, die beispielsweise in stürmischen Nächten entsteht, müsse in eine Form gebracht werden, in der sie langfristig (von mindestens zehn Stunden bis zehn Tage) gespeichert werden könne. Man bezeichnet solche Speichertypen als LDES (Long Duration Energy Storage).

Lithiumbatterien sind dafür nicht geeignet. In Frage kommt beispielsweise die Umwandlung von Windenergie in Wasserstoffgas oder die Speicherung von Strom oder Wärme in neuen, langzeitfähigen Batterietypen.

Weil entsprechende Speicherformen heute in großem Umfang entweder noch gar nicht existieren oder aber sehr teuer sind, werde es noch bis mindestens 2035 bis zu einer vollständig regenerativen Echtzeit-Versorgung von Rechenzentren dauern, meint Dietrich. Die von vielen Rechenzentren gesetzte Zeitmarke 2030 für komplette Nachhaltigkeit findet er extrem ehrgeizig, zumindest, wenn es um Echtzeit-Versorgung geht.

Energiespeicherung macht Nachhaltigkeit teuer

„Bis zu einem Versorgungsgrad von 80 Prozent Echtzeit-Versorgung mit regenerativer Energie rechnet sich das einigermaßen. Bei höheren Versorgungsgraden steigen die Kosten wegen die Kosten für die Speicherung steil an und machen die Echtzeit-Versorgung mit Regenerativen unökonomisch“, sagt Dietrich.

Auch der Aufbau von Windfarmen und PV-Anlagen auf dem eigenen Gelände sei schon aus Platzgründen in aller Regel höchstens gut für einen kleinen Anteil der Energie, die das Rechenzentrum braucht.

Noch lange Versorgungs-Stückwerk

Es wird also bis auf Weiteres für die meisten größeren Datacenter bei einem Versorgungsstückwerk aus regenerativem Echtzeit-Strom, ergänzenden fossilen Energien oder Zertifikaten bleiben.

Welche ökonomische Verrenkungen die regenerative Vollversorgung gegebenenfalls bedeutet, zeigte Dietrich am Beispiel von Alcoa, das eine Aluminiumschmelzanlage vollständig regenerativ versorgt. Dafür kauft der Metallspezialist die doppelte Menge der regenerativen Energie, die tatsächlich benötigt wird, und verkauft die Hälfte davon auf dem Spot-Markt. Je nachdem, wie die Preise dort schwanken, kann das unter dem Strich einen Gewinn oder einen Verlust in der jeweiligen Zeitperiode bedeuten.

„Solche Spekulationen können sich Große leisten, Kleine nicht“, sagt Dietrich. Wer allerdings nur wenig Strom verbrauche, etwa ein kleines Inhouse-Rechenzentrum, habe durch geschickte Verhandlungen mit dem Stromprovider eventuell bessere Chancen, eine regenerative Vollversorgung zu erreichen. Solche Verbraucher benötigen ja nicht den vollständigen Output einer Großanlage.

Fossiler Strom muss teurer werden

Eine vollständig regenerative Echtzeit-Versorgung, die sich sicher rechnet, sei für Rechenzentren erst in mehreren Jahrzehnten wahrscheinlich, meint Dietrich. Eben dann, wenn fossiler Strom teuer bleibe oder es dank teurer Kohlendioxid-Zertifikate noch mehr werde. Und wenn es gelinge, die in Überschusszeiten produzierte regenerative Energie umzuwandeln, zu speichern und bei Versorgungslücken zuverlässig zur Verfügung zu stellen.

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