Datacenter World auf der Techweek 2019

Viele Hindernisse hemmen die Nutzung der Datacenter-Abwärme

| Autor / Redakteur: Ariane Rüdiger / Ulrike Ostler

Die Techweek in Frankfurt erfreute sich regen Zuspruchs
Die Techweek in Frankfurt erfreute sich regen Zuspruchs (Bild: Ariane Rüdiger)

Die „Datacenter World“, Teil der „Tech Week“, die Anfang November in Frankfurt stattfand, informierte auch darüber, wie sich Rechenzentren Energie-effizienter gestalten lassen. Im Mittelpunkt standen Abwärmenutzung und Eigenstromerzeugung.

Vom ITK-Branchenverband Bitkom kamen in Frankfurt klare Ansagen. Referent Roman Bansen, bei dem Verband für IT-Infrastrukturthemen zuständig und Physiker: „Die Dekarbonisierung von Rechenzentren ist notwendig und profitabel.“

Noch aber steige deren Energieverbrauch stetig, so Bansen. Deshalb müsse man wenigstens dafür sorgen, dass möglichst wenig Energie ungenutzt verpufft.

Fünf Wege zum Ziel

Bansen diskutiert fünf Möglichkeiten, mehr Energie-Effizienz zu erreichen:

  • höhere Kühleffizienz, wobei die PUEs (Power Usage Effectiveness) neuer Rechenzentren heute ohnehin vergleichsweise nahe bei 1 liegen.
  • Kauf von Kohlendioxid-Zertifikaten zur Kompensation der berechneten Ausstöße – senkt den Kohlendioxidausstoß von Treibhausgasen des Rechenzentrums nicht.
  • Power Purchase Agreements mit nachhaltigen Erzeugern: In den USA ist es bereits üblich, Strom direkt beim Renewables-Erzeuger auf Vorrat längerfristig einzukaufen, hier noch nicht. Laut Bansen das aber ein sinnvoll einsetzbares Modell.
  • Einstieg in die eigene Energie-Erzeugung, zum Beispiel durch den Betrieb von Blockheizkraftwerken, wenn möglich kombiniert etwa mit Solarzellen für die Versorgung von Wärmepumpen oder mit der Beteiligung an Wind- und Solarparks. Erfordert erhebliche Investitionen, die sich erst langfristig rechnen.
  • Abwärmenutzung, eine relativ einfache Möglichkeit, mehr aus der eingesetzten Energie herauszuholen, zumal der Wärmebedarf steigt.

Kein Thema waren Energie-effizientere Algorithmen. Um diese Frage, einst Inhalt europaweiter Projekte, ist es im Markt erstaunlich still geworden (siehe: „Umweltzertifikate für Software angedacht, Nachhaltige Rechenzentren durch bessere Enterprise-Software“).

Eigenstromerzeugung kann Strompreis erheblich senken

Bansen brachte Daten dazu mit, um wie viel die diversen Optionen den Strom gegenüber dem Bezug aus dem teuren deutschen Netz verbilligen. Am meisten bringt danach der Eigenbetrieb einer der Größe des Rechenzentrums angepassten Kombination aus Wind- und Solarenergie. Bis zu 37,75 Prozent lässt sich damit der Strompreis pro Kilowattstunde (kWh) senken.

Ausschließlich Solar resultiert in einem Minus von 21,12 Prozent. Ein Blockheizkraftwerk (BHKW), das das Datacenter Energie-autark macht, kann nach Bansens Daten immer noch in einem Minus von 13,75 Prozent resultieren. Grund für die geringeren Preise: Da nachhaltig selbst erzeugt, wird der Strompreis von vielen Abgaben entlastet. Dem stehen natürlich die erforderlichen Investitionen gegenüber.

Professor Peter Radgen vom IER (Institut für Energie-Ökonomie und den rationellen Energie-Einsatz) der Universität Stuttgart führte in die Probleme rund um das Thema Rechenzentrumsabwärmenutzung ein. Die Abwärmepotentiale könnten derzeit, nur zwei Prozent des Bedarfes des deutschen Marktes für Heizwärme abdecken, der Bedarf sei also da.

Abwärmenutzung: Es fehlen Leitungen

Problematisch sei häufig das Fehlen von Abnehmern in der Nähe, wenn Wärme als Gas oder Warmwasser zu einem Abnehmer transportiert werden soll. Ihr Bau kostet 1.000 bis 2.000 Euro pro Meter. Dazu kommt, dass die Abwärme aus Rechenzentren mit den heute verbreiteten Kühlmethoden meist nur Temperaturen um die 35 Grad Celsius erreicht – zu wenig für normale Heizungen, die etwa 70 Grad brauchen.

Um höhere Temperaturen zu erreichen, ist zusätzlich eine Wärmepumpe nötig, die aber in der Regel die (Kosten)effizienz des Verfahrens stark verringert, da sie ja Strom braucht. Radgen präsentierte eine Tabelle, die zeigte: Das Verfahren lohnt sich relativ sicher erst bei Rechenzentren ab 4 Megawatt (MW) und räumlicher Nähe die potentiellen Verbraucher – etwa Wohnhäuser oder ein Schwimmbad. Radgen: „Unter 1 MW ist es schwer, wirtschaftlich zu arbeiten“.

Ungeliebte Alternative Flüssigkühlung

Einfacher wäre es, wenn öfter direkte Flüssigkühlung im Rechenzentrum verwendet würde, die zu Abwärmetemperaturen von um die 60 Grad Celsius und damit direkt verwertbaren Wärmemengen führt. So heizt das damit ausgerüstete Hochschulrechenzentrum in Stuttgart in der Nähe befindliche Büroräume, wobei der Wärmebedarf teilweise anderweitig gedeckt werden muss, weil die Datacenter-Abwärme nicht ausreicht. Radgen: „Bedarf und Angebot passen meist nicht zueinander.“

Es sei denn, sie werden von Anfang an aneinander angeglichen wie jetzt auf dem Gelände der ehemaligen Braunschweiger Kaserne „Heinrich der Löwe“, von dem ebenfalls berichtet wurde. Der Bauträger baut dort 400 Wohneinheiten und ein Rechenzentrum mit 2.000 qm, später 5.000 Quadratmeter White Space, das zunächst 100 der Häuser mit 70 Grad warmer Abwärme beheizen soll. Ergänzend gibt es Fernwärme.

RZ-Abwärme versorgt 400 Wohnungen

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Eine Lanze für die Flüssigkühlung brach in der anschließenden Diskussion nicht zum ersten Mal Detlef Labrenz, Projektmanager am Münchner Leibniz-Rechenzentrum. Datacenter-Betreiber müssten mehr Risiken eingehen, um die Betriebskosten zu senken. Eine Sekundärnutzung von Abwärme sei auch als Kälte über Kältemaschinen möglich. „Die Urangst vor Wasser ist durch nichts begründet“, betonte Labrenz.

Ein breitentaugliches Flüssigkühlsystem

Wer weiß, vielleicht wird Flüssigkühlung ja doch noch breitentauglich. Die niederländische Asperitas, seit 2017 am Martkt und von Shell sowie dem Cleantech-Fond der Region Nordholland mitfinanziert, strebt das jedenfalls an. Sie verwendet mit zum Kühlen eine einphasige Flüssigkeit. Das bedeutet, dass sie die nur in einem Aggregatzustand (flüssig) verwendet wird.

Das Immersions(Tauch)kühlungssystem von Asperitas, eignet sich für alle Komponenten ohne rotierende Medien. Die französische Bank Credit Agricole hat die Lösung inzwischen ein Jahr getestet und damit eine Kostenreduktion von 30 Prozent erreicht.

Das neue 21-Zoll-Modul für die Asperitas-Flüssigkühlungslösung fasst drei Prozessorboards
Das neue 21-Zoll-Modul für die Asperitas-Flüssigkühlungslösung fasst drei Prozessorboards (Bild: Asperitas)

Laut Maikel Bouricius, der das System in Frankfurt präsentierte, schaffen Standard-AMD-Komponenten damit 40 Prozent mehr Leistung. Asperitas leitet zudem eine themenspezifische Arbeitsgruppe des OCP (Poen Compute Project). IT-Trays, die in das Tauchbad gehängt werden, gibt es inzwischen auch in einer 21-Zoll-Ausführung (siehe: Abbildung).

Asperitas AIC24 sorgt mit Öl für Kühle

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09.07.18 - „AIC24“ von Asperitas für die immersive Kühlung ist ein geschlossenes, wassergekühltes Öl-Tauchsystem, das für die Zirkulation der dielektrischen Flüssigkeit natürliche Konvektion nutzt. Hierzulande vermarktet Boston Servers, Storage, Solutions das Produkt für Cloud-, HPC-, Enterprise- und Edge-Rechenzentren. lesen

Zum eigentlichen Gerät hat Asperitas eine mobile Arbeitseinheit entwickelt, welche die Komponenten bei Bedarf per Greifarm aus der Vaseline-ähnlichen Flüssigkeit zieht, sie innerhalb von ein bis zwei Minuten komplett abtropfen lässt und dann auf einem integrierten Arbeitsbrett ablegt, wo zum Beispiel Komponenten ausgetauscht werden können. Die Abwärme der Kühlflüssigkeit wird über Wärmetauscher an Wasser abgegeben, das zu Heizzwecken verwendet werden kann.

Datacenter-Betreiber fühlen sich als Energiewende-Verlierer

In der Podiumsdiskussion wurde das Thema im Kontext der deutschen Energiewende vertieft. Die Umsetzung von Flüssigkühlung scheitere oft an den Anwendern. So Olaf Dalmer, Geschäftsführer des Beratungsunternehmens TTSP HWP: „Die Kunden von Co-Location-Rechenzentren müssen sämtlich Wasserkühlung implementieren wollen, damit das geht. Das ist in der Regel nicht der Fall, die meisten wollen das nicht.“

Jens Müller, Vorsitzender der Deutschen Datacenter Association e.V., sieht die Rechenzentrumsbetreiber ganz global als „Verlierer der Energiewende“. Die Branche sei durch ihre Lage im Strom-Hochpreisland Deutschland belastet, das Thema Klimaneutralität sei „herausfordernd“. Der Strombedarf der Rechenzentren sei in den Prognosen zum Gesamtstrombedarf des Landes anscheinend nicht berücksichtigt, er müsse um diesen Faktor erweitert werden.

Anforderungen an Regulierung

Die geplanten Klimagesetze trügen wenig zur Motivation bei. Der festgelegte Kohlendioxid-Einstiegspreis von 10 Euro pro Tonne sei viel zu gering sei, meinten sowohl Labrenz als auch Niklas Brokamp, Geschäftsführer der Berliner IWN Innovative Wärmenetze GmbH. Zudem würden Infrastrukturthemen wie der Aufbau von Wärmenetzen in Deutschland generell zu zögerlich und inkonsequent angegangen.

Da freiwillige Initiativen für verstärkte Abwärmenutzung schon jahrelang nichts gefruchtet hätten, sei es Zeit, stärker zu regulatorischen Mitteln zu greifen, forderte Brokamp weiter. Müller forderte als Vertreter der Datacenter-Industrie als Motivator sektorübergreifende Incentives, die Befreiung von Strom für Rechenzentren und Wärmepumpen von der EEG-Umlage.

Energietechnik-Anbieter werben für Eigenstromerzeugung

Auf der Messe waren im Bereich „6th Generation Datacentre“ einige technische Ansätze in Richtung auf eine effizientere Stromnutzung zu bewundern. So adressiert das 2015 gegründete Unternehmen Allion den Einbau von Blockheizkraftwerken mit Kältepumpe für eigenständige Energie- und Kälteproduktion in Rechenzentren. Betriebsmittel sind Gas und Hackschnitzel aus Abfallholz.

Axel Allion, Geschäftsführer der Allion Alternative Energieanlagen, macht RZ-Betreibern die Eigenstromerzeugung mittels BHKW schmackhaft
Axel Allion, Geschäftsführer der Allion Alternative Energieanlagen, macht RZ-Betreibern die Eigenstromerzeugung mittels BHKW schmackhaft (Bild: Ariane Rüdiger)

Die Systeme lassen sich als Insel betreiben, „effektiver ist aber eine Maximalkapazität von 80 bis 90 Prozent der Rechenzentrumsleistung, kombiniert mit einem Akku für die Spitzenleistung“, so Gründer und CEO Axel Allion. Erste Interessenten aus dem Datacenter-Markt habe man bereits gefunden.

Die Siemens-Energiesparte hatte eigens eine mehrstündige Veranstaltung organisiert, um Rechenzentrumsbetreiber auf die Möglichkeit hinzuweisen, mit Gaskraftwerken und hocheffizienten Turbinen aus dem Hause Siemens den benötigten Strom weitgehend selbst zu produzieren. Das senke den Strompreis und bereite die Infrastruktur schon auf die zukünftige Nutzung von Windgas (also in Gas umgewandeltem Windstrom) vor.

Allerdings gab es viel Skepsis aus dem Kreis der Anwesenden. Denn sie müssten dafür Energieversorger werden – mit allem, was das an regulatorischen Anforderungen bedeutet. Das schien vielen nicht unbedingt der Kern ihres eigenen Geschäftsmodells.

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