Das Energiewende-Rechenzentrum als Blaupause USV-Batterien und Notstrom sind regenerative Energiequellen, die das Stromnetz stabilisieren

Autor / Redakteur: lic.rer.publ. Ariane Rüdiger / Ulrike Ostler

Batteriegestützte USV-Anlagen und Notstrom-Generatoren gibt es in vielen Rechenzentren. Ihre Leistung kann dazu beitragen, das öffentliche Stromnetz zu stabilisieren und dabei zusätzliche Erträge generieren. Doch bis das nicht nur technisch funktioniert, sondern sich auch rechnet, müssen noch einige Hürden fallen.

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Rechenzentren können mit ihren Notstromversorgungen das Stromnetz stabilisieren helfen.
Rechenzentren können mit ihren Notstromversorgungen das Stromnetz stabilisieren helfen.
(Bild: gemeinfrei / Pixabay )

Über Jahrzehnte halfen die beiden Gesellschaften KSG (Kraftwerks-Simulator-Gesellschaft mbH) und GfS (Gesellschaft für Simulatorschulung mbH) gemeinsam atomrechtlich verantwortlichen Schichtpersonal sowie neuen Mitarbeitern in den Kernkraftwerken deutscher und niederländischer Kraftwerksbetreiber ihre Anlagenkenntnisse für verschiedenste Betriebssituationen am Simulator zu vertiefen.

Dabei war die KSG für den Betrieb der Simulatoren zuständig, die GfS für die Durchführung der Schulungen. Nun, da die Kernkraft in Deutschland in einigen Jahren Geschichte sein wird, müssen sich die beiden assoziierten Unternehmen der deutschen Kernkraftwerksunternehmen, zu denen auch die RWE Nuklear GmbH zählt, nach neuen Aufgaben umsehen.

Eine davon ist die Bereitstellung von Datacenter-Dienstleistungen; denn mit IT kennt sich die KSG naturgemäß bestens aus. Das neue Ziel heißt daher, flexibel nach Kundenwunsch eine Mischung aus Co-Location, Infrastrukturservices und Managed Private Cloud anzubieten.

Neues Geschäftsmodell für KSG

Das Rechenzentrum in Essen, das dafür genutzt wird, hat eine Gesamt-Rechnerfläche von 2500 Quadratmeter, von denen heute rund 500 Quadratmeter bereits genutzt werden. Vorteilhaft ist, dass sich das Umspannwerk zur Versorgung des RZ auf dem eigenen Gelände befindet. So muss man nicht befürchten, dass die Zuleitungen bei Straßen- oder anderweitigen Bauarbeiten draußen beschädigt werden.

Das Aggregat muss einmal im Monat sowieso getestet werden, da ist es doch sinnvoll, diese Energie anderweitig verfügbar zu machen.

Neben den oben beschriebenen Leistungen diskutierte die KSG mit der RWE Supply & Trading GmbH die Möglichkeiten einer Sekundärnutzung von USV-Anlage und heizölbasierter Notstromversorgung. Burkhard Holl, der bei der KSG für Technik und Vertrieb verantwortlich ist, führt aus: „Das Aggregat muss einmal im Monat sowieso getestet werden, da ist es doch sinnvoll, diese Energie anderweitig verfügbar zu machen.“

Schaltbare Reserven fürs Stromnetz

Denn die Stromnetze, in denen immer mehr regenerativer Strom fließt, brauchen mehr schaltbare Reserven. Solche Reserven müssen entweder sehr schnell Strom verbrauchen, wenn gerade zu viel produziert wird, oder Strom abgeben, wenn wegen Flaute oder Wolken die Erneuerbaren plötzlich nicht verfügbar sind. Weil solche Mechanismen die Energiewende unterstützen, bezeichnet KSG seine Einrichtung als „Energiewende-Rechenzentrum“.

Inzwischen stellt KSG die Energie seines 1-MW-Dieselaggregat bei Bedarf für zwei netzdienliche Leistungen bereit: Einerseits hat sie einen Algorithmus erarbeitet, der prognostiziert, wann voraussichtlich im Vergleich zu den zu diesem Zeitpunkt eingespeisten Ressourcen zu viel Last am Verteilnetz anliegt. Genau in diesen Zeitspannen läuft der Generator und liefert zusätzlich dezentral Strom ins Verteilnetz.

Das trägt dazu bei, dass auf der unteren Netzebene, dem Verteilnetz, genügend Strom bereitsteht und entlastet die höhere Netzebene, das Übertragungsnetz, von der sonst nötigen zusätzlichen Stromlieferung nach „unten“. Mit diesem Konzept ist RWE derzeit Vorreiter.

Generator als Sekundärstromreserve

Zweitens stellt KSG den Dieselgenerator zu Erbringung von Sekundärregelleistung zur Verfügung. Dabei besteht die Dienstleistung schon darin, dass überhaupt ein Generator bereitgestellt wird, der bei Bedarf anspringen kann, um die Netzfrequenz (50 Hertz) im Übertragungsnetz zu stabilisieren.

Die Netzersatzanlage des KSG-Rechenzentrums wird als Sekundärreserve des Stromübertragungsnetzes bereitgehalten und liefert Strom ins Verteilnetz, wenn dieser gebraucht wird.
Die Netzersatzanlage des KSG-Rechenzentrums wird als Sekundärreserve des Stromübertragungsnetzes bereitgehalten und liefert Strom ins Verteilnetz, wenn dieser gebraucht wird.
(Bild: gemeinfrei / Pixabay )

Für Aggregate, die die Dienstleistung erbringen können, gelten strenge Voraussetzungen: Die Ressource muss nach spätestens 30 Sekunden Strom liefern und nach höchstens fünf Minuten ihre Maximalleistung.

Seit dem Frühjahr konnte Holl etwa 30 Betriebsstunden für beide Anwendungen verkaufen. Der Prozess arbeitet derzeit kostendeckend, mehr aber auch nicht; er bringt Abschreibung und Wartungskosten wieder herein.

Batteriestrom doppelt nutzen

Ein neues Geschäftsfeld könnte möglicherweise die Sekundärnutzung einer zweiten vorhandenen Ressource ermöglichen: die der 500-Kilowatt-Batteriebank an der USV-Anlage „Master+“ von Riello. Dieses Gerät ermöglicht derzeit als einziges derartiges System mit Einheiten- und Anlagenzertifikat des Netzbetreibers RWE die Rückspeisung des Batteriestroms ins Netz.

Das ist sinnvoll, wenn der Batteriestrom im Unternehmen nicht gebraucht wird, im Netz aber sehr wohl, um eine kurzfristige Unterspannung auszugleichen. Die Batterie-Energie der USV-Anlage gehört zur Primärreserve des Netzes mit Zuschaltzeiten von unter einer Sekunde. Seit der Inbetriebnahme des Rechenzentrums konnte KSG so dazu beitragen, die Netzspannung stabil zu halten.

USV braucht neue Messfunktionen

Allerdings rechnet sich die innovative Anwendung derzeit noch nicht. Dem steht §61 EEG (Erneuerbare-Energien-Gesetz) entgegen. Nach dieser Regelung ist für eingespeisten Strom unter anderem dann EEG-Umlage fällig, wenn die bei Einspeisung anfallende Verlustleistung in diesem Fall der USV nicht genau gemessen werden kann.

„Wir können zwar eine Kurve dazu liefern, die eine Annäherung darstellt, aber keine genaue Echtzeitmessung, das gibt das Gerät heute einfach nicht her“, sagt Holl.

Die USV-Anlage von Riello muss um eine exakte Verluststrommessung erweitert werden.
Die USV-Anlage von Riello muss um eine exakte Verluststrommessung erweitert werden.
(Bild: KSG)

Folglich reichen hier die Erträge noch nicht aus, um die Kosten zu decken. Immerhin ist das Rechenzentrum der KSG aber laut Holl derzeit das erste, dass Strom im Produktivbetrieb ins Netz zurückspeist.

Neue Regelung sinnvoll?

Nun gehen die Bemühungen dahin, entweder eine entsprechende Funktion in die USVs einzubringen und dadurch vielleicht auch andere USV-Hersteller zu ähnlichen Bemühungen zu motivieren. Derzeit arbeiten Techniker bei RWE und Riello daran, entsprechende Messfunktionen zu entwickeln.

Der zweite Weg wäre, die Politik dahingehend zu beeinflussen, dass diese Regelung geändert wird. So fordern Rechenzentrumsbetreiber schon lange, dass ihr stromintensives und systemrelevantes Geschäft von Sonderlasten wie EEG-Umlage befreit wird - bislang ohne Erfolg.

EEG-Umlagenbefreiung für Datacenter könnte flexible Stromreserven im Netz erhöhen

Ist diese Hürde überwunden, steigt die Wahrscheinlichkeit, dass sich auch andere Betreiber von USVs an RZs oder anderen Großanlagen von den Vorteilen dieser Lösung überzeugen lassen, so dass ein deutschlandweites Netz von USVs mit Strom als Primärreserve zur Stützung des Netzes bei steigendem Anteil erneuerbarer Energien entstehen könnte. Für die Betreiber hätte das den Vorteil, dass sie mittels einer ohnehin vorhandenen Anlage neue Erträge erzeugen könnten.

Andere USV-Anwender und die von ihnen genutzten Netzbetreiber davon zu überzeugen, dieses System auch bei ihnen rückspeisend einzusetzen, den Anwendern bei der Implementierung und beim Betrieb einer entsprechenden Lösung zu helfen, könnte ein neues Geschäftsfeld für RWE werden. Die Chancen, dass diese Lösung nicht nur bei KSG funktioniert, stehen wohl nicht schlecht, denn bislang arbeitet sie dort reibungslos.

Arbeiten an Optimierungsalgorithmen

Doch mit dem bisher Erreichten gibt sich Holl nicht zufrieden. Vielmehr möchte er dem Namen seines Rechenzentrums noch mehr Ehre machen und tüftelt an digital berechneten Optimierungsstrategien für den Betrieb des Datacenter. „Wir haben schließlich jede Menge Erfahrung in Simulation und entsprechende Systeme im Haus, das können wir jetzt nutzen“, sagt Holl.

Für das frisch angelaufene Optimierungsprojekt, das bis Mitte 2022 befristet ist, werden zur Zeit erst einmal fleißig Daten gesammelt. Mit diesen Daten werden dann unterschiedliche Betriebsszenarien wie hohe oder niedrige Auslastung oder Störfälle simuliert. Diese Simulationen werden dann in neuronale Netze eingespeist, an deren Entwicklung das Datacenter-Team der KSG ebenfalls arbeitet.

Die Batteriebank der USV-Anlage des Energiewende-Rechenzentrums von KSG.
Die Batteriebank der USV-Anlage des Energiewende-Rechenzentrums von KSG.
(Bild: KSG)

Ziel ist, dass sie später Aussagen zu Themen wie den folgenden generieren: optimale Zeitpunkte etwa für den Instandhaltung und Gerätewechsel bei verschiedenen Betriebsszenarien, optimale Auswahl von Standorten im Rechenzentrum für Server mit unterschiedlichen Kühlanforderungen oder Optimierungen von Schalthandlungen bei Störungen.

Zukunftsthema Abwärmenutzung

Ein Zukunftsthema ist die Abwärmenutzung. Derzeit praktiziert sie KSG nur hinsichtlich der außerhalb des Dienstleistungsrechenzentrums befindlichen Simulationssysteme: Sie helfen, die Nebenräume und Büros zu heizen.

Von seinem Kühlsystem der Zukunft hat Holl recht konkrete Vorstellungen. Zwar erreicht das KSG-RZ eine beachtliche PUE (Power Usage Effectiveness) von kleiner als 1,2, ist aber recht konventionell ausgerüstet: Bei großer Wärme draußen kühlen Umluftkühlgeräte mit einer zweiten Kühlstufe auf Wasserbasis. Ist es kühl genug, verwendet das Rechenzentrum Freiluftkühlung.

Die eigene Leistungsdichte ist auf einen Durchschnittswert von 5 Kilowatt pro Quadratmeter ausgelegt. „Alles zwischen null und 10 kW/qm ist punktuell möglich“, erläutert Holl. „Wenn die Kunden mitmachen, würde ich auch gern mit Wasserkühlung oder Immersionskühlung arbeiten“, sagt er. „Das ist die Zukunft, anders bekommt man die viele Abwärme aus leistungsstarken Systemen nicht weggekühlt.“

Hinweis: Dr. Burkhard Holl war in diesem Jahr auch Sprecher auf dem Datacenter Day

Datacenter Day 2020
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Freie Journalistin, Redaktionsbüro Rüdiger