Wöhrle Stromversorgungssysteme im Datacenter Noris Network setzt im 2. Nürnberger Rechenzentrum auf Lithium-Ionen-USV

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Verfügbarkeit ist das höchste Gut für ein modernes Rechenzentrum. Die Noris Network AG sichert die Stromversorgung im neuen Nürnberger Rechenzentrum mit einer Lithium-Ionen- gestützten Unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV) von Wöhrle Stromversorgungssysteme.

Wenige Branchen sind derart schnellen Innovationszyklen unterworfen wie die Informationstechnologie. Das gilt auch für Bereiche, die eher im Verborgenen wirken, abseits des Fokus von Analysten und Presse.

So ein Bereich ist die Stromversorgung von IT-Equipment, oder vielmehr dessen Absicherung. Ohne Strom läuft nichts, weder zu Hause noch in den großen Rechenzentren von Organisationen und Hosting-Anbietern.

Doch getrieben von Branchen übergreifenden Trends wie Nachhaltigkeit und Energiesparsamkeit werden auch hier traditionell genutzte Konzepte und Technologien abgelöst. Hersteller von Unterbrechungsfreien Stromversorgungen (USV), maßgebliche Bausteine für die Verfügbarkeit von IT-Equipment, betreten mit dem Einsatz von Lithium-Ionen- anstelle klassischer Bleiakkus, neues Terrain.

Noch immer ein unbekanntes Terrain

Die Rechenzentrumsprofis der Noris Network AG, einem Anbieter von maßgeschneiderten ITK-Lösungen in den Bereichen IT-Outsourcing, Managed Services, Cloud Services sowie Network und Security setzten bei einem neuen Projekt auf aktuelle Li-Ion-Technologie und folgen damit den Zeichen der Zeit. Dass die der Rechenzentrumsbetreiber mit seinen hohen Ansprüchen an die Versorgungssicherheit diesen Schritt wagt, hat auch mit dem gewählten Partner Wöhrle Stromversorgungssysteme zu tun.

Die beiden Unternehmen sind langjährige Partner und haben schon mehrfach in gemeinsamen Projekten sichere und gleichzeitig innovative Lösungen umgesetzt. Das sieht Wöhrle vor allem darin begründet, dass beständige Innovation die große Stärke der agilen, ingenieurzentrischen Firma sei. Durch lange Erfahrung im Bau von Stromversorgungstechnik, ließen sich selbst in der traditionell konservativen Branche immer wieder moderne und nachhaltige Projekte umsetzen.

Florian Sippel, Chief Operations Offices bei der Noris Network AG, kann das bestätigen: „Wir beobachten genau, was auf der Welt und im Markt passiert. Nachhaltigkeit ist jetzt eine Standardanforderung bei Projekten. Trotzdem müssen wir den Betrieb sicher, günstig und zuverlässig gestalten. Das ist sozusagen die Quadratur des Kreises, die wir nur mit einem starken und innovativen Partner wie Wöhrle Stromversorgungssysteme geschafft haben.“

Die Geschäftsbeziehung

Die Noris Network AG steht seit 2015 im engen Kontakt mit der Technologieschmiede und setzt bereits in mehreren Rechenzentren auf deren USV-Anlagen. Beim Nürnberger Anbieter von ITK-Dienstleistungen entwickelt sich die Nachfrage sehr positiv, so dass 2019 ein weiteres Rechenzentrum in Nürnberg geplant wurde.

Früh stand fest, dass beide Firmen bei diesem Neubau von Anfang an zusammenarbeiten würden. Schon in den ersten Gesprächen war „Innovation“ der rote Faden, an dem sich beide Unternehmen orientierten. Klar war, dass die Systeme zur Sicherung der Stromversorgung moderne Energiespeicher nutzen sollten.

Markus Steiner, Technischer Leiter bei Wöhrle Stromversorgungssysteme, erinnert sich gut an die ersten Treffen: „Wir haben von Anfang an auf Lithium-Ionen-Energiespeicher gesetzt. Das kam bei der Noris Network AG gut an.“

Die Vorteile von Li-Ion-Technik

Lithium-Ionen-Akkus, die vor allem durch den Einsatz in der Elektromobilität bekannt sind, verbessern praktisch alle Eckdaten einer unterbrechungsfreien Stromversorgung. Am augenfälligsten sind die physischen Daten: Lithium-Ionen Speicher haben eine höhere Energiedichte und benötigen deswegen nur etwa 30 Prozent des Platzes einer Bleibatterie und müssen zudem nicht entlüftet werden. Das bedeutet, dass die Bauplanung deutlich entspannter wird und mehr Fläche für das Kerngeschäft zur Verfügung steht.

Zudem ist das Temperaturspektrum, in dem Lithium-Ionen-Akkus gemäß der Spezifikationen betrieben werden können, mit 0 bis 40 Grad Celsius deutlich größer als bei Blei-Äquivalenten. Dazu kommt eine, um ein Viertel kürzere Ladezeit und erheblich mehr mögliche Ladezyklen: Anstelle von 300 bis 500 Zyklen, nach denen ein Blei-Akku getauscht werden muss, weil seine Restkapazität keinen wirtschaftlichen Betrieb mehr erlaubt, sind es bei Li-Ion-Akkus zehn Mal so viele – bis zu 5000.

Der Kapazitätsverlust verläuft nahezu linear. Damit sind bösen Überraschungen ausgeschlossen, etwa dass eine Zelle über Nacht deutlich an Kapazität verliert. Solche unkalkulierbaren Veränderungen werden bei Lithium-Ionen-Akkus durch das eingebaute Batterie-Management-System (BMS) verhindert.

Was können Battery Management Systems?

Professionelle BMS können Datacenter-Ausfälle verhindern

Diese Kontrolllogik, mit der jede Zelle ausgestattet ist, zeigt jederzeit die genauen Batteriezustand über die Werte Spannung, Stromstärke, Zyklenzahl, Temperatur und Innenwiderstand an und regelt aktiv die optimale Ladung der Zellen. So werden Li-Ion-Akkus nahezu wartungsfrei.

Bei einer Bleibatterie ist ein BMS optional und nur mit hohen Kosten umsetzbar. Wöhlre-Manager Steiner fasst die Vorteile der Li-Ion-Technik zusammen: „Lithium Batterien haben gegenüber der üblichen Bleitechnologie im Rechenzentrum eine längere Lebensdauer, sind zyklenfester und somit auch als Regelenergie zur Spitzenlastkappung geeignet.“

TCO über die Lebensdauer

Die Wirtschaftlichkeit, also Kosten versus Ertrag, spielen bei einem kommerziellen Anbieter von ITK-Dienstleistungen wie der Noris Network AG eine große Rolle. Auch die Stromversorgung muss aus betriebswirtschaftlicher Sicht Sinn ergeben. Hier kann die Lösung, die Wöhrle Stromversorgungssysteme für das Nürnberger Unternehmen entwickelt hat, langfristig punkten.

Zwar lagen die Anschaffungskosten Mitte 2020 etwa 20 Prozent höher als bei einer vergleichbaren Anlage mit Bleibatterien, allerdings relativiert sich dieser Mehraufwand nicht nur über die Laufzeit. Am Ende fällt die gesamtwirtschaftliche Betrachtung (Total-Cost-of-Ownership) deutlich positiv aus.

Bis zu 35 Prozent geringere Gesamtnoten kann die Lithium-Ionen basierte Anlage über die komplette Lebensdauer erzielen. Verantwortlich dafür sind zu großen Teilen die deutlich höhere Standzeit der Energiespeicher sowie die Einsparungen bei Kühlung und den Verzicht auf die Lüftungsanlage.

Steiner hat gute Erfahrungen mit der Rentabilität der neuen Generation von Energiespeichern gemacht: „Die TCO Betrachtung ist aufgrund der attraktiveren Preise positiv, insbesondere da bei Li-Ion eine Einzelzellenüberwachung bereits integriert ist. Bei der Blei-Variante müsste sie zusätzlich installiert und gewartet werden, was höhere Betriebskosten bewirkt.“

Neben den Kosten entscheidet bei einem solchen Projekt auch die Unterstützung des Partners über Erfolg und Misserfolg. „Mit Wöhrle Stromversorgungssysteme haben wir einen Partner gefunden, der mit uns sichere Wege geht,“ so Noris-Network-Vertreter Sippel. „Das Unternehmen konnte durch sein Gesamtkonzept überzeugen, bei dem Lieferung, Installation, Betrieb und nachhaltige Wartung aus einer Hand erfolgte.“

Die Installation

Das neue Rechenzentrum der Noris Network AG wurde nach einem Energiezellenkonzept entworfen. Je Zelle sind Verbraucher mit zusammen einem Megawatt an Leistungsbedarf installiert. Die Absicherung erfolgt über ein dediziertes USV-System „Wöhrle Wisus_Li“, dass auf einem Huawei-USV-Produkt basiert. Es stellt pro Zelle mit 1,25 Megawatt (MW) Kapazität bereit, so dass Überlastsituationen ausgeschlossen sind.

Als Backup für die USVs ist je Zelle ein Dieselaggregat vorgesehen, dass normalerweise in unter einer Minute anläuft. Sollte der Diesel wider Erwarten nicht starten, verfügen die anderen Energiezellen über genug Kapazität, um die ausgefallene Zelle zusätzlich zu versorgen.

Jede Energiezelle hat eine separate 400 Volt Mittelspannungseinspeisung und liefert einen autarken Stromstrang sowie einen Kühlluftkanal in die Hosting-Fläche. Alle Verbraucher im Rechenzentrum erhalten zwei getrennte Netze aus jeweils voneinander unabhängigen Energiezellen.

Der rote Faden

Redundanz zieht sich als Designkonzept durch die gesamte Anlage. Die USVs sind einschubmodular aufgebaut. Die Gesamtleistung wird von zwei Systemschränken geliefert. Insgesamt könnte die Wisus_Li-Anlage acht parallele Einheiten zu einem System mit insgesamt 6,4 MW Gesamtleistung verbinden.

Jeder der beiden Systemschränke enthält zwölf Leistungsmodule mit 50 Kilovolt-Ampere (kVA) in einer n+1 Konfiguration. So könnten insgesamt zwei Leistungsmodule komplett ausfallen, ohne dass die zugesicherte Gesamtleistung für die Energiezelle gefährdet wäre.

Die Energiespeicher sind auf sechs Schränke mit jeweils 16 Batterien pro Schrank verteilt. Auf diese Weise kommen gut 41 Kilowattstunden (kWh) pro Schrank zusammen, was der USV-Anlage pro Energiezelle zu einer Überbrückungszeit von 10 Minuten bei Volllast verhilft.

Durch die erheblich höhere Leistungsdichte der Lithium-Ionen-Akkus konnte im Vergleich zu Bleiakkus die Hälfte der Aufstellfläche eingespart werden. Weil Li-Ion nicht gleich Li-Ion ist, kommt auch dem spezifischen Batterieaufbau große Bedeutung zu. Wöhrle Stromversorgungssysteme nutzt bei der Wisus_Li Lithium-Eisenphosphat-Zellen (LiFePO4). Sie sind chemisch sehr stabil und unempfindlich gegen Beschädigung.

Die Feuergefahr ist sehr gering, eine Selbstentzündung, oft das wichtigste Argument gegen den Einsatz von Li-Ion-Technik, droht erst ab 600 Grad Celsius. Der Nageltest, bei dem die Zelle in einer kontrollierten Umgebung mit einem spitzen Metallgegenstand durchschlagen wird, führt bei LiFePO-Zellen lediglich zum Funktionsverlust und hat keine Entzündung oder Explosion zur Folge.

Die Installation und erste Erfahrungen

Mittlerweile ist das Rechenzentrum „NBG6-BA2“ in Nürnberg, nach leichten Corona-bedingten Verzögerungen, in Betrieb gegangen. Installation, Aufbau und Test der Li-Ion-USV-Anlagen liefen problemlos und die Noris Network AG konnte erste Erfahrungen mit den Systemen sammeln.

Sippel fasst die wichtigsten Eindrücke zusammen: „Die Vorzüge der höheren Leistungsdichte, sowie des geringeren Gewichts und Platzbedarfs sprechen eindeutig für die Lithium-Technologie. Und für uns ist die Wirtschaftlichkeit über die Lebensdauer entscheidend. Da hat Li-Ion eindeutig gewonnen.“

Dazu tragen der hohe Wirkungsgrad von bis zu 97 Prozent im Normalmodus bei, sowie die einfache Wartung und Erweiterung des Systems im laufenden Betrieb (Hot-Swap-Fähigkeit). Ebenfalls positiv fällt die unkomplizierte Fernwartung durch die Netzwerkanbindung der USV-Anlage über SNMP und Modbus-TCP auf. Sie liefert den Technikern von Wöhrle Stromversorgungssysteme jederzeit einen eindeutigen Status des Systems und schnellen Zugriff bei Service-Anfragen.

Formal gab es ebenfalls keine Schwierigkeiten mit der neuen Technologie, so Sippel: „Die Sachversicherer stellen in Bezug auf Aufstellung, Betrieb, Brandschutz oder Klimatisierung keine höheren Anforderungen als an Bleibatterien. Auch unsere Kunden sehen Li-Ion-Technik positiv und als innovative, zukunftsträchtige Lösung im Rechenzentrum.“

* Marco Alber arbeitet im Marketing der Wöhrle Stromversorgungssysteme GmbH.

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