UPSaaR macht Rechenzentren zu Stromspeichern Können Rechenzentren die Energiewende unterstützen?

Das Internet ist längst eine kritische Infrastruktur unserer Gesellschaft geworden. Die Server und die Rechenzentren, in denen sie stehen, verbrauchen allerdings große Mengen Strom und müssen ausfallsicher sein. Die dafür vorgesehene unterbrechungsfreie Stromversorgung kann eine grüne Stromerzeugung unterstützen.

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Die Energiewende stellt uns vor große Herausforderungen. Ein besonders drängendes Problem ist, dass die Stromerzeugung aus Sonnen- und Windenergie wesentlich unstetiger ist als die aus fossilen Energieträgern. Wollen wir bei Bewölkung und Windstille nicht noch lange auf konventionelle thermische Kraftwerke angewiesen sein, brauchen wir innovative Speicherlösungen für elektrischen Strom.

Dazu kommen einerseits speziell dafür beschaffene Großbatterien in Frage, andererseits aber auch die sekundäre Nutzung bereits bestehender Batteriekapazitäten. Das können etwa ungenutzte Elektroautos sein, aber auch Kapazitäten in Rechenzentren. Die Nutzung der eigenen Batterien als Ausgleichsspeicher für das Stromnetz bietet außerdem die Möglichkeit, eine nötige Investition in eine Einnahmequelle zu verwandeln: Die Betreiber können als Akteure am lukrativen Stromterminmarkt teilnehmen.

Heute verfügen Rechenzentren in der Regel über unterbrechungsfreie Stromversorgungs-Anlagen (USV), die einerseits Schwankungen im Stromnetz ausgleichen und andererseits bei einem Stromausfall die Zeit überbrücken, bis Notstromgeneratoren angelaufen sind. Allerdings sind diese Anlagen für ihren hohen Stromverbrauch bekannt. Um Rechenzentren umweltfreundlicher zu machen, gilt es einerseits den Verbrauch der Anlagen zu reduzieren. Andererseits können ihre Batterien, wenn sie ungenutzt sind, als Energiespeicher verwendet werden.

Stromverbrauch reduzieren

Laut dem European Code of Conduct for Data Centres (CoC) sind besonders Mehrfachauslegung, Doppelwandlertechnik und Dauerbetrieb für den Stromhunger der USV-Anlagen verantwortlich. Die durchschnittliche Energy Efficiency Ratio (EER) liegt bei 3,0, das bedeutet es muss je drei Watt Verlustleistung ein Watt für Kühlung aufgewendet werden.

Neben Überkapazitäten, denen man mit einem modularen Aufbau begegnen kann, verursacht vor allem der Dauerbetrieb der USV-Anlagen unnötigen Stromverbrauch. Normalerweise kommt der Strom in Deutschland sehr sauber und verlässlich aus der Leitung. Die doppelte Umwandlung und Zwischenspeicherung in einer Batterie ist also meistens gar nicht notwendig. Moderne USV-Lösungen verfügen daher über einen sogenannten Hocheffizienz-Modus.

Vereinfacht gesagt ist das nicht anderes, als eine Bypass-Leitung, die den Doppelwandler im regulären Betrieb überbrückt. Strom fließt dann direkt in die angeschlossenen Geräte. Kommt es zu Unregelmäßigkeiten in der Stromversorgung schaltet sich die USV sofort ein. Anwender müssen sich keine Sorgen machen, dass es in dieser Zeit zu Datenverlusten kommen könnte. Erkennungs- und Steueralgorithmen sorgen dafür, dass die Systeme schnellstmöglich von Netz- auf Batteriebetrieb umschalten. Das weiterentwickelte Energy-Saver-System von Eaton schafft beispielsweise den Transfer bereits innerhalb von zwei Millisekunden. Für die meisten Server ist das in aller Regel ausreichend.

USV-Geräte, die nicht permanent betrieben werden, erreichen wenig überraschen einen höheren Wirkungsgrad als Systeme im Dauerbetrieb. Beziffern lässt sich das mit etwa 95 bis 96 Prozent für Online USV und 99 Prozent für Modelle mit Energy-Saver-System, was mit einem Eco-Modus vergleichbar ist.

Energiewende unterstützen und Geld verdienen

Durch einen Energy-Saver-System erreichen USV-Anlagen zwar einen höheren Wirkungsgrad, allerdings sind ihre Batterien dann auch die meiste Zeit ungenutzt. UPSaaR (Uninteruptible Power Supply as a Reserve) ermöglich die Sekundärnutzung dieser Kapazitäten. Die Batterien von USV-Anlagen in großen Rechenzentren bieten sich als Ressource an, um die unstetigere Erzeugung aus Wind- und Solarenergie abzufedern.

Die Betreiber haben die Möglichkeit, als Akteure auf dem Strommarkt aktiv zu werden. Das funktioniert, indem sie ihre Batterien laden, wenn viel Strom verfügbar und dieser entsprechend günstig ist. Wenn die Nachfrage hoch ist und die Strompreise dementsprechend ansteigen, kann die gespeicherte Energie wieder ins Netz eingespeist werden. Die Grundfunktion der USV wird dadurch nicht beeinträchtigt und für Unternehmen ergibt sich die Chance auf hohe Erträge. Pro Megawatt, das sie zur Netzregulierung bereitstellen, können Unternehmen mit bis zu 50.000 Euro rechnen – je nach Marktsituation.

Lösungen wie UPSaaR von Eaton stellen den Betreibern von Rechenzentren eine Software zur Verfügung, in der sie einfach wählen können, wie viel Kapazität sie wann und zu welchem Preis anbieten möchten. Außerdem wird eine Kommunikationsschnittstelle zu einem kommerziellen Energieaggregator bereitgestellt. Die Teilnahme am Strommarkt geschieht also automatisiert und ohne das Kerngeschäft zu beeinträchtigen.

Eaton schätzt die Kapazitäten in Rechenzentren weltweit auf 47,5 GW. Das entspricht etwa 80 Prozent des Jahresstromverbrauchs in ganz Deutschland. Außerdem wird der Energieverbrauch in Rechenzentren in Zukunft noch weiter zunehmen, da wir einem exponentiellen Datenwachstum in nächster Zeit entgegensehen.

Für USV-Anlagen als Energiespeicher spricht auch ihre schnelle Reaktionsfähigkeit. In einem Pilotversuch in Norwegen wurde UPSaaR vor dem Szenario eines Kraftwerksausfalls, der zu Instabilitäten im Netz führt ausgiebig getestet. Die Reserven des Rechenzentrums waren am schnellsten zu aktivieren und lieferten die gewünschte Energie in weitaus weniger als den erforderlichen zwei Sekunden und schneller als andere an das Netz angeschlossene Reserven.

Fazit

Betreiber von Rechenzentren müssen Ausfallsicherheit gewährleisten, sonst kann es zu Gewinneinbrüchen ihrer Kunden kommen. Funktioniert etwa der Service eines Online-Händlers in der Vorweihnachtszeit nur für wenige Stunden nicht, kann das schon empfindliche Einbußen bedeuten. USV-Anlagen sind also unabdingbar. Doch Betreiber von Rechenzentren müssen sie nicht länger nur als notwendige Investition in Sicherheit sehen. UPSaaR ermöglicht es, mit den Batteriekapazitäten der USV Geld zu verdienen und gleichzeitig noch die Energiewende zu unterstützen.

Über die Autorin

Astrid Hennevogl-Kaulhausen ist Head of Sales UPS Systems bei Eaton, einem Anbieter von Energiemanagement-Lösungen mit einem Umsatz von 21,6 Milliarden Dollar im Jahr 2018.

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