CTO Andreas Klesse: Vom Rechenzentrum zum Ener­gie­bau­stein – Strom, Wärme, Akzeptanz

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Ein Rechenzentrum braucht mehr als einen geeigneten Standort. Netzkapazität, Energieversorgung, Abwärme und Akzeptanz hängen eng zusammen. Für Klesse muss das gesamte Energiesystem bei der Planung neuer Rechenzentrumsstandorte mitgedacht werden.

Eine Zielzahl allein schaffe noch keine Standorte, so Klesse zur nationalen Rechenzentrumsstrategie, nach der sich die IT-Kapazitäten in Deutschland bis 2030 verdoppeln und die KI-Leistungen vervierfachen sollen.

Entscheidend sei die Standortsuche, für die es drei zentrale Umsetzungshebel gebe: Energie beziehungsweise Time to Power, die Akzeptanz vor Ort sowie die Zusammenarbeit zwischen Energiepolitik, Energieversorgern, Infrastrukturbetreibern, Errichtern von Rechenzentren und Kommunen. Die primäre Fragestellung sei dabei, wie schnell sich ein Standort an das Stromnetz anschließen lasse.

Deutschland verfüge zwar über ein flächenmäßig gut ausgebautes Stromnetz, doch im Zuge der Energiewende und der fortschreitenden Elektrifizierung konkurrierten Rechenzentren mit weiteren Großverbrauchern wie Batteriespeichern, Erneuerbaren-Anlagen und Industriekunden um Netzkapazität. Die Geschwindigkeit von Netzanschlussausbauten und die Entscheidungszyklen der Rechenzentrumsbranche liefen dabei auseinander, was einen Konflikt erzeuge.

Hybride Energiesysteme als Übergangslösung

An Netzknotenpunkten wie Frankfurt könne der Netzanschluss für ein großes Rechenzentrum mit 100 Megawatt oder mehr Kapazität sieben bis zehn Jahre in Anspruch nehmen, erläuterte Klesse. Nötig seien deshalb unterschiedliche Mechanismen: eine Minimalkapazität zum Start, die entweder über das Stromnetz oder über eine häufig gasbasierte lokale Erzeugung bereitgestellt werde, und ein schrittweises Zusammenwachsen von lokaler Erzeugung und Netzkapazität zu hybriden Energiesystemen.

In der Folge #71 der DataCenter Diaries „Strom, Wärme, Vertrauen: Was ein Rechenzentrum vor Ort wirklich braucht“ erklärt Dr. Andreas Klesse, warum ein Rechenzentrum nicht isoliert, sondern als Teil der Stadtplanung gesehen werden sollten. Welche Rolle spielen dabei Netzanschluss, Abwärme und die Akzeptanz der Bürgerinnen und Bürger?

Die Podcast-Folge #71 der DataCenter Diaries findet sich auf Spotify, Apple Podcasts, Deezer und Amazon Musik.

Damit einher gehe auch ein Rollenwandel der Marktteilnehmer: Weg vom klassischen Erzeuger-Verbraucher-Schema hin zu Rechenzentren, die Flexibilität, Systemstabilität und Systemdienstleistungen bereitstellten. Hybride Energiesysteme ermöglichten es, die Netzanfrage hoch- und herunterzufahren und Rechenzentren so von passiven zu aktiven Marktteilnehmern zu machen.

Abwärme: von Prozesswärme zu Fernwärme

Die Abwärmeproduktion hänge vereinfacht linear mit der Stromaufnahme zusammen, so Klesse. Nicht die gesamte Abwärme sei jedoch direkt nutzbar – entscheidend seien Temperaturniveau sowie Verfügbarkeit potenzieller Abnehmer in der Nähe.

Im Vergleich zu industrieller Abwärme oder Müllverbrennungsanlagen, die als Hochtemperaturquellen mit 80 bis 100 Grad Celsius gälten, handle es sich bei Rechenzentrumsabwärme um Niedertemperaturwärme im Bereich von 25 bis 45 Grad Celsius. Diese lasse sich mittels Wärmepumpen auf ein höheres Temperaturniveau anheben und so für Heizwerke nutzbar machen – mit dem Effekt einer nachhaltigen Wärmeversorgung und einer Dekarbonisierung des Wärmesystems.

Auf Zeit spielen

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Der zunehmende Einsatz von Liquid Cooling bei KI-Workloads sei nicht nur eine technische Antwort auf steigende Leistungsdichten, sondern wirke sich auch auf die Nutzbarkeit der Abwärme aus.

Thermodynamisch gelte: Je höher das Temperaturniveau, desto wertiger die Wärmemenge. Eine höhere Abwärmetemperatur erlaube eine höhere Energieeffizienz bei der Wärmepumpennutzung, benötige weniger zusätzlichen Strom und ermögliche dadurch einen vorteilhafteren Preis für Endkundinnen und Endkunden.

Integration in die kommunale Wärmeplanung

Damit Abwärme tatsächlich als nutzbare Wärmequelle diene, brauche es eine integrierte Stadtplanung, in der das Rechenzentrum als Teil des kommunalen Energiesystems mitgedacht werde.

Ein direktes räumliches Nebeneinander von Rechenzentrum und Wohngebäude sei dafür nicht erforderlich, da moderne Wärmesysteme Wärme über mehrere Kilometer transportieren könnten – begrenzt letztlich durch Entfernung, Pumpleistung und Wärmeverluste.

In der Praxis werde diese Systemperspektive allerdings nicht immer konsequent mitgedacht; hier sieht Klesse insbesondere die Zusammenarbeit zwischen Kommune, Energiepolitik, Industriepolitik und Infrastrukturerrichtern gefordert.

Das Potenzial sei erheblich: In der EU entfalle ein Großteil des Energieverbrauchs auf den Wärmesektor, wovon wiederum mehr als 50 Prozent auf Raumwärme entfielen. Ein großes Rechenzentrum mit 10 bis 30 Megawatt Abwärmeleistung könne bereits eine Kleinstadt mitbeheizen.

Nutzen für Betreiber und Kommunen

Für Rechenzentrumsbetreiber ergäben sich aus der Abwärmenutzung mehrere Vorteile: ein Beitrag zur Dekarbonisierung, ein – wenn auch nicht zwingend signifikanter – wirtschaftlicher Erlös aus der Wärmeauskopplung sowie ein Beitrag zur gesellschaftlichen Akzeptanz des Projekts.

Gerade Letztere müsse sich, wie bei anderen Infrastrukturprojekten auch, über den gesamten mehrjährigen bis mehrjahrzehntelangen Errichtungszeitraum erarbeitet werden.

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Akzeptanz als Erfolgsfaktor

Akzeptanz sei kein einfach messbares Kriterium, sondern speise sich aus mehreren Faktoren: wahrgenommenem persönlichem und gemeinschaftlichem Nutzen, wahrgenommenen Nachteilen und Risiken, Vertrauen, Fairness und Verteilung sowie Transparenz. Als Wärmeinfrastrukturbetreiber sei frühzeitige, offene Kommunikation von Sorgen und Nöten sowie von Vor- und Nachteilen eines Projekts entscheidend – integriert als fester Bestandteil der Projektplanung und nicht als nachträgliche Informationskampagne.

Zu den häufigsten Bürgerbedenken zählten laut Klesse teils aus den USA übernommene Teilinformationen zu steigenden Strompreisen durch Rechenzentren, außerdem Wasserverbrauch, Lärm und optische Beeinträchtigung.

Lärm- und Emissionsfragen seien in Deutschland über mehrere Gesetze – etwa das Bundes-Immissionsschutzgesetz (BImSchG) – streng geregelt und ließen sich durch entsprechende Genehmigungsverfahren mitigieren.

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Auf die Frage nach dem an mangelnder Bürgerakzeptanz gescheiterten Gaskraftwerksprojekt von Edgeconnex betonte Klesse, dass sich das Scheitern eines solchen Projekts nicht auf ein einzelnes Kriterium zurückführen lasse. Jedes große Infrastrukturprojekt bringe Vor- und Nachteile mit sich, die reguliert und mitigiert werden könnten; aus seiner Sicht stellten hybride Energielösungen hier einen echten Mehrwert für Betreiber, Energiesystem und Bevölkerung gleichermaßen dar.

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Ausblick: Rechenzentrum als aktiver Systemteilnehmer

Für die kommenden zehn Jahre rechnet Klesse mit einer kontinuierlichen Transformation des Energiesystems: weiterer Defossilisierung und Dekarbonisierung, einem wachsenden Anteil erneuerbarer Energien, einer zunehmend elektrifizierten und an Fernwärme angeschlossenen Wärmeversorgung sowie dem weiteren Ausbau der Elektromobilität.

Für die daraus resultierende steigende Notwendigkeit von Flexibilität gegenüber volatilen Lasten und Erzeugern seien neben Batteriespeichern und Demand Response auch Industriekunden und Rechenzentren gefragt, die über Batteriespeicher und dezentrale Erzeugungsanlagen aktiv zur Netzstabilität beitragen könnten.

Neben mehr erneuerbaren Energien und Batteriespeichern erwartet Klesse auch künftig gasbasierte Erzeugungskapazitäten, die bei Bedarf kurzfristig zur Verfügung stünden.

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