Nur machbar mit intelligenter IT Smart Grids für Rechenzentren, aber nicht nur

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Was kann intelligente Informationstechnik dazu beitragen, das Energieversorgungssystem und den Energieverbrauch nachhaltiger zu gestalten? Darum ging es während eines Panels anlässlich der zweiten „Clean-IT“-Tagung des Hasso-Plattner-Instituts (HPI) in Potsdam.

Ohne digitale Intelligenz ist ein nachhaltiges Energiesystem schlicht undenkbar. Denn die wichtigsten erneuerbaren Ressourcen, Wind und Sonne, liefern ihre Energie nicht kontinuierlich, sondern abhängig von Tageszeit und Wetterbedingungen.

Um die Lücken zu überbrücken, braucht man Reserve-Erzeuger oder Energiespeicher und vor allem eine intelligente Steuerung des Gesamtsystems. Darin müssen auch die Verbraucher einbezogen sein. Diese Aufgabe können nur digitale Systeme mit verteilter Intelligenz übernehmen.

Ein großes Problem sind derzeit noch die Energiespeicher, die man zur Überbrückung von längeren Zeiten ohne Wind und Sonne braucht. Allerdings gibt es Lösungsmöglichkeiten. Eine davon präsentierte Nuria Gonzalez-Garcia, Forschungschefin des Startups Betteries.

13 Millionen Batterien rezyklierbar - theoretisch

Die Firma hat sich zum Ziel gesetzt, für den Einsatz im Auto nicht mehr taugliche Batterien ein zweites Leben als Energiespeicher im Stromnetz zu eröffnen. Die Lebenszeit der Lithium-Akkus aus Elektrofahrzeugen soll dadurch in etwa verdoppelt werden. „Wir rechnen mit sieben bis zehn weiteren Lebensjahren für die Batterien, die wir noch verwenden können“, so Gonzales-Garcia.

Die Grunddaten des E-Fahrzeug-Batteriemarktes klingen zunächst vielversprechend. Rund 26 Millionen E-Fahrzeuge gibt es derzeit weltweit, die Zahl steigt rasch. Nach etwa acht bis zehn Jahren müssen Fahrzeugbatterien ausgetauscht werden, haben dann aber noch rund 80 Prozent Kapazität.

„Das entspricht, falls man jede zweite Batterie weiterverwenden kann, einer Speicherkapazität von 50 Terawattstunden (TWh)“, rechnet Gonzalez-Garcia aus. Und sie betont, dass selbst die dreckigste Batterie sauberer sei als der sauberste Verbrennungsmotor. Auch die Reservekapazitäten in Rechenzentren können gegebenenfalls über solche Batterien bereitgestellt werden.

Fehlende Daten, fehlende Qualitätsstandards

Allerdings gibt es auch eine ganze Reihe Hindernisse. So geben viele Batterie- und auch Fahrzeughersteller die fürs sinnvolle Recycling nötigen Daten nicht heraus. Denn, so Garcia: „Die 80 Prozent Restladekapazität sind nur ein ungefährer Wert, zum Weitergebrauch brauchen wir aber genaue Informationen.“

Außerdem ist bisher nicht definiert, welche Qualität eine Batterie für ein zweites Leben erfüllen muss. „Die Situation ändert sich durch die EU-Regulierung zu Batterien. Sie zwingt die Industrie, solche Standards zu setzen und ihre Daten zu teilen.“

Blackbox Altbatterie

Bis dahin kommen die gebrauchten Batterien als Blackbox und müssen mühsam vermessen werden. Dabei hilft AI. Außerdem dabei, den wahrscheinlichen endgültigen Entsorgungszeitpunkt zu prognostizieren.

Freilich fehlen für eine gut funktionierende AI derzeit noch gelabelte Trainingsdaten. Es wartet also noch viel Arbeit, ehe die Vision Wirklichkeit werden kann.

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Professor Stefan Nissen, technologischer Leiter des Bereichs Nachhaltige Energie und Infrastruktur bei Siemens, beschäftigt sich dagegen vor allem mit der Kette zwischen nachhaltiger Energie-Erzeugung und Verbrauch. Dieser findet, wie er betont, zu 40 Prozent in der Industrie statt.

Die Komplexität liege hier in der hohen Zahl von Erzeugern und Verbrauchern, die sinnvoll koordiniert werden müssen. „Schon heute haben wir mehr als zwei Millionen Anlagen zur Erzeugung erneuerbarer Energie in Deutschland, bis 2030 werden es hunderte Millionen Verbraucher sein.“ Dazu gehören auch die vielen Sensoren und Kommunikationseinrichtungen, die nahezu jedes technische Gerät in Zukunft ergänzen werden.

Smart Grid nach dem Zwiebelschalenprinzip

Man müsse ein Gesamtsystem nach dem Zwiebelschalenprinzip bauen, in dessen Zentrum die Strom verbrauchenden Geräte stehen. Darüber folge eine Aggregationsschicht hinter dem Smart Meter, die das interne Gebäude-Energie-Management übernehme.

Das wichtigste Einsatzfeld intelligenter Lösungen befände sich auf der nächsten, der vierten Ebene. Hier gehe es um den gemanagten Betrieb privater Grids, also der unteren Verteilebene, die heute oft blind, ohne Daten, gefahren wird.

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„Wir können hier innovative Methoden verwenden, um Werte aus vorhandenen Daten zu generieren. Dazu brauchen wir allerdings die Daten der beiden inneren Schalen“, erklärt Niessen. Die oberste Schicht bilde eine auf Blockchain-Mechanismen basierende verteilte Buchführung über alle Transaktionen.

Risiken im Smartgrid

Beim Aufbau solcher Systeme, die elektrische Verbraucher gewissermaßen durchdigitalisieren, müsse man allerdings gewaltige Risiken in Kauf nehmen, führte Zoya Pourmiza, Akademische Direktorin Smart Systems an der Universität Birmingham, aus.

Zudem fehle ein offener Datenstandard. Und schließlich die Mitarbeiter, um all die offenen Fragen in Angriff zu nehmen. Beispielsweise gäbe es eigentlich kein sicheres Kommunikationsprotokoll. Allerdings werde dieser Umstand aus Zeitgründen ignoriert.

Neue Standards für das Internet of Energy

Bislang bewährte Sicherheitsmechanismen – etwa der Rauswurf aus dem System bei dreimalig falscher Passworteingabe – seien im Energieumfeld nicht sinnvoll. „Wenn ein Administrator herausgeworfen wird, der eine dringend notwendige Steuerungsaktion vornehmen musste, kann das zu einem Zusammenbruch des Netzsegments führen.“

Die Schlussfolgerung daraus: Nötig seien neue, spezialisierte Standards für das Internet of Energy (IoE), wie sich fürs IoT inzwischen entwickeln. „Sie müssen die Informationssicherheit mit der Systemsicherheit ausbalancieren“, fordert Pourmirza.

Als Beispiel für eine solche intelligente Regulierung erwähnt die Wissenschaftlerin die seit 2022 in Großbritannien gültige Regulierung von intelligenten Ladesäulen und E-Fahrzeugen. Danach müssen private Ladepunkte kommunikationsfähig und im Stande sein, an einem Demand-Resopnse-System teilzunehmen, also bei Bedarf auch Energie zu liefern. Dahinter steht selbstverständlich ein intelligentes Softwaresystem.

Rechenzentren gehen dahin, wo Strom ist

Doch nicht alle Verbraucher wollen auf eine passende Regulierung warten, meinte Isabelle Kemlin, Vizepräsidenten in des schwedischen Rechenzentrumsverbandes und Innovationsverantwortliche des Research Institute of Sweden (RISE). „Rechenzentren gehen dahin, wo es Strom gibt, Kommunikationsnetze und Wärmerückgewinnungsinfrastruktur vorhanden sind.“

In den Rechenzentren verbrauchten im Übrigen nicht die Systeme hauptsächlich die Energie, sondern die Applikationen, die darauf laufen. Kemlin unterstützt die Energie-Effizienzdirektive der EU und lobt deren Implementierung in Deutschland. „Die Entscheider müssen aber noch besser informiert werden.“

Um allerdings die richtigen Anreize für sinnvolle und anfangs aufwändigere Lösungen zu setzen, bedürfe es der sorgfältigen Kombination von Subventionen und negativen Auswirkungen ignoranten Verhaltens. Letztlich müssten alle zusammenarbeiten, um ein funktionierendes regeneratives Energiesystem aufzubauen.

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