Wenn Datacenter heizen sollen ... Hessisches Portal bündelt Groß­wärmepumpen-Wissen

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Zusammen mit dem Fraunhofer Institut für Energie-Infrastrukturen und Geotechnologie (IEG) hat die Landes Energieagentur Hessen GmbH (LEA) vor kurzem das Infoportal Großwärmepumpen online gestellt. Neben anderen Industrien wird mit dem Infoprotal auch der Rechenzentrumsbranche ein aktueller Marktüberblick zeitgenössischer Technologien und Expertenwissen bereit gestellt.

Harald Lutz hat im Auftrag von DataCenter-Insider bei Paul Fay von der Landes Energie-Agentur Hessen nachgefragt.

LEA dürfte den meisten Leserinnen und Lesern noch weitgehend unbekannt sein. Können Sie Ihre Institution mit dem Blick auf die Datacenter-Branche kurz vorstellen?

Paul Fay: Die LEA, Landes Energie Agentur Hessen GmbH, übernimmt seit 2017 im Auftrag der Hessischen Landesregierung zentrale Aufgaben bei der Umsetzung der Energiewende und des Klimaschutzes. Die Angebote richten sich an hessische Bürgerinnen und Bürger, gesellschaftliche Organisationen, Kommunen und Unternehmen.

Die LEA Hessen bietet Informationen, Erstberattungen und begleitende Unterstützung bei der Auswahl und Umsetzung von Maßnahmen zum Klimaschutz, zur Energie-Effizienz, zur Energie-Einsparung oder zum Ausbau erneuerbarer Energien im eigenen Umfeld. Sie ist Partnerin, wenn es darum geht, Dritte für Aktivitäten für den Klimaschutz und die Energiewende zu gewinnen.

Die LEA Hessen versteht sich auch als Impulsgeber und Informationsplattform und bündelt dazu hessenweit Expertenwissen: Konkret auf die Datacenter-Branche sind wir im Prinzip die Schnittstelle zwischen den Datacenter, die Wärme abgeben wollen und den Kommunen beziehungsweise allen Wärmenutzern. Wir bringen die Akteure zusammen, um Projekte umzusetzen.

Was genau hat es mit dem Service Infoportal Großwärmepumpen auf sich?

Paul Fay: .... die Verbreitung des Wissens, dass auch mit Wärme von 30 Grad Celsius in großem Stil Wärme produziert werden kann, um den Gebäudebestand zu dekarbonisieren - im Idealfall durch Einspeisung in bestehende Fernwärmenetze (siehe: Abbildung 6). Neben mittlerweile 63 Herstellern sind dort über 1.250 Produkte mit Leistungen von 500 bis 100.000 Kilowatt (kW) gelistet.

Und in der Projektdatenbank haben wir knapp 120 Projekte mit Großwärmepumpen in Deutschland, die zeigen, wie es in der Praxisanwendung funktioniert. Darüber hinaus finden Sie dort jede Menge an Praxisinformationen, wie zu Kältemitteln, die unser Projektpartner, das Fraunhofer IEG, zusammengestellt hat.

Können Sie die zugrunde liegende Technik kurz skizzieren?

Paul Fay: Wärmepumpen können Wärme von einem niedrigen Temperaturniveau auf ein deutlich höheres Temperaturniveau anheben.

Jeder Haushalt hat mit seinem Kühlschrank eine kleine Wärmepumpe im Einsatz. Der Innenraum wird gekühlt und an der Rückseite wird es ziemlich warm. Eine industrielle Wärmepumpe funktioniert nach dem gleichen Prinzip; aber natürlich mit wesentlich höherer Leistung. Auf der einen Seite werden zum Beispiel 30 Grad Abwärme aus luftgekühlten Rechenzentren auf 25 Grad herunter gekühlt.

Damit kann das Datacenter die herunter gekühlte Wärme wieder nutzen, um die eigenen IT-Prozesse zu kühlen. Und auf der anderen Seite wird die 30-Grad-Abwärme auf ein Niveau von 80 bis 100 Grad aufgeheizt, das benötigt wird, um beispielsweise Gebäude zu beheizen oder in das Fernwärmenetz einzuspeisen.

Wie können Rechenzentren am Datacenter Hotspot Frankfurt-Rhein-Main und anderswo davon profitieren?

Paul Fay: Das Portal funktioniert wie ein Webshop. Sie haben die Wärmeleistung, die Sie er-zeugen wollen und die Temperatur, die sie brauchen. Das geben Sie ein und dann erscheinen die Produkte, die das können. Dann weiß man, dass das funktioniert – und die großen Wärmepumpen können leicht bis 200 Grad Celsius Wärme liefern – zum Heizen muss das gar nicht so heiß sein – aber für Prozesswärme in der Industrie ist das schon interessant (siehe: Abbildung 4f).

Die Rechenzentren aber profitieren, wenn sie selbst die Wärme aufbereiten und in ein Fernwärmenetz einspeisen wollen. Das ist natürlich lukrativer als die Wärme auf niedrigen Temperaturniveau zu „Selbstkosten“ zur Verfügung zu stellen, wie es im Gesetz vorgeschrieben ist.

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Das zur Verfügungsstellen von Abwärme und die damit für eine Weiternutzung verbundene Notwendigkeit das Temperaturniveau anzuheben erfolgt ja nicht immer aus innerster Überzeugung, sondern auch aufgrund neuerer gesetzlicher Vorgaben wie durch das EnEfG. Wie sieht es mit der Wirtschaftlichkeit einer Temperaturanhebung der Abwärme durch Großwärmepumpen aus?

Paul Fay: Das Argument der Unwirtschaftlichkeit von Rechenzentrumsabwärme als Energieträger mag früher einmal richtig gewesen sein. Nach meinem Verständnis ist das aber der Schnee von Vorvorgestern.

Billiges Öl und billiges Gas – das war einmal. Die neue Wärme ist vor allem auch CO₂-frei. In diesem Zuge wird Abwärme aus den Rechenzentren gegenüber anderen Energiequellen zunehmend konkurrenzfähig – seien es nun fossile Energieträger, Flusswasser, Luft oder Geothermie. Damit eröffnet sich für die Betreiber gleichzeitig ein neues lukratives Geschäftsmodell. Und wir haben bislang nur über die luftgekühlten Systeme gesprochen…

Kommen wir zu den wassergekühlten Datacenter: Wird mit Großwärmepumpen der Vor-teil wassergekühlter Systeme mit einem gegenüber luftgekühlten Systemen weit höheren Temperaturniveau obsolet?

Paul Fay: Die Leistungsdichten in den Datacenter werden zukünftig so hoch werden, dass die Abwärme realistischerweise nur noch mit Wasser auch wegtransportiert werden kann. Direkte Wasserkühlung ist aber auch heute schon gegenüber luftgekühlten Systemen mit ihrer Technologie aus dem vorigen Jahrhundert die deutlich effizientere Lösung.

Mit Wasser- oder Flüssigkeitskühlung kann die Wärme direkt genutzt werden – insbesondere bei Neubauten reichen 60 Grad Celsius für Heizung und Warmwasserbereitung. Wenn trotzdem 90 Grad benötigt werden, ist dann auch der Wärmepumpenprozess deutlich effizienter gegenüber nur 30 Grad Abwärmetemperatur von luftgekühlten Systemen. Dann sparen Sie locker 30 bis 40 Prozent Strom, weil dann der Temperaturhub nicht so groß ausfällt.

Welche Ziele haben Sie sich für die Rechenzentrumsbrache in Frankfurt-Rhein-Main und gegebenenfalls auch anderswo gesteckt?

Paul Fay: Ich würde mir wünschen, dass die Rechenzentrumsbranche besser noch als bisher mit den Unternehmen kooperiert, die die Wärme dann an die Verbraucher verteilen können. Dazu gehört beispielsweise das „Zurverfügungstellen“ von Stromleistung für die Wärmepumpen und auch der Platz für die Aufstellung der Aggregate – am besten auf dem Campus des Rechenzentrums.

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