Wärmerückgewinnung aus Rechenzentren Was ist und wie geht Waste Heat Utilization?

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Rechenzentren erzeugen jede Menge Abwärme oder Waste Heat – je leistungsfähiger, desto mehr. Waste Heat Utilization liefert eine Kennzahl, die bemisst, wie aus einem Abfallprodukt durch Wärmerückgewinnung eine Ressource wird.

Je schneller und mehr Chips rechnen, desto mehr Energie verbrauchen sie. Weil das Rechnen an sich nur winzige Bruchteile dieser Energie verwendet, verwandelt sich der Rest des Energie-Inputs in Abwärme. Das sind über 99 Prozent des energetischen Inputs.

Diese Abwärme ist lange Zeit ein Problem. Die Kühlanlagen von Rechenzentren, die nach der Ära der Großrechner und bis heute meist luftbasiert erfolgt, verschlingt zeitweise das Doppelte oder auch mal das Dreifache der Energie, die in die IT fließt.

Umweltbewusstsein und Kosten verändern Blick auf Waste Heat

Mit steigenden Energiekosten und einer wachsenden Sensibilität für Umweltprobleme sinkt die Bereitschaft, diese energetischen Aufwände so, wie sie sind, zu belassen. Es werden Technologien für die effizientere Kühlung entwickelt, die Schritt für Schritt den Overhead an Energiekosten durch die Kühltechnologien verringern.

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Die Nutzung von Datacenter-Abwärme braucht sektorübergreifende Kennzahlen

Gleichzeitig ist der Umgang mit der Abwärme mehr als eine Denkaufgabe. Die Alternativen, wie im eigenen Gebäude zur Heizung nutzen, in Prozesse einspeisen, in Kälte umwandeln, an Fernwärmenetze übergeben. kranken bisher meist an umständlicher Handhabung und administrativen Hindernissen.

Datacenter mit Abwärmenutzung

Die Abwärme von Rechenzentren ist ein brennendes Problem. Um der Energieverschwendung Einhalt zu gebieten, fordert der Gesetzgeber Maßnahmen und nimmt die Datacenter-Betreiber in die Pflicht. Doch wie können diese die Herausforderungen meistern?



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So war nirgends geregelt, wer die Leitungskosten tragen muss, wenn Abwärme an externe Anwender übergeben wird. Eine Verpflichtung zur Wärmerückgewinnung/Abwärmenutzung oder auf Englisch Waste Heat Utilization gab es nicht.

Rechenzentrumsabwärme aus Luftkühlung ist für vieles zu kühl

Dazu kommt ein technisches Hindernis: Die Abwärme luftgekühlter Rechenzentren hat relativ niedrige Temperaturen, etwa 30 is 35 Grad. Nachgelagerte Nutzung etwa durch Fernwärmenetze haben bis vor Kurzem meist relativ hohe Temperaturen verlangt: 80 bis 100 Grad. Diese müssen über Wärme-/Kältepumpenpumpentechnik überbrückt werden. Doch wer soll das übernehmen und trägt die Kosten.

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Kurz: Waste Heat Utilization kommt nur langsam voran. Zwar sind unter günstigen Umständen Pilotprojekte entstanden, aber die breite Nutzung der Datacenter-Abwärme steht noch aus. Eigentlich aber besteht großer Bedarf an solcher Abwärme. Schließlich muss die gesamte Wärmeversorgung auf nachhaltige Quellen umgestellt werden.

Wie nützlich Abwärmenutzung sein kann, beweisen beispielsweise Dänemark, Island, Schweden, Norwegen, Finnland wo die Heizung ganz oder mit einem großen Anteil durch Fernwärme funktioniert. In den Ländern wird Serverabwärme schon länger in die Wärmenetze eingespeist und standardmäßig bei der Planung von Ansiedlungen berücksichtigt.

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Veränderte Bedingungen für Abwärmenutzung

Inzwischen ändern sich die Bedingungen auf mehreren Ebenen: Deutschland und Europa haben sich strenge Reduktionsziele für Kohlendioxid gegeben. Chips werden, insbesondere durch die GPUs bei der KI-Verarbeitung, immer leistungsfähiger und produzieren immer mehr Abwärme. Sie können nicht mehr mit Luft gekühlt werden. Wasserkühlung aber führt zu höheren Abwärmetemperaturen.

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Gleichzeitig bauen Kommunen ihre neuen Fernwärmenetze in der Regel mit viel niedrigeren Vorlauftemperaturen, so dass es nun einfacher ist, die Wärmelücke zwischen Fernwärme und Abwärme zu überbrücken. Und schließlich verlangt der Gesetzgeber im 2023 verabschiedeten Energieeffizienzgesetz von Rechenzentren die schrittweise Einführung der Abwärmenutzung.

Waste Heat Utilization für Rechenzentren: Von der Option zur Pflicht

§11 EnEfG (Energie-Effizeinzgesetz) schreibt vor, dass ab 1. Juli 2026 in Betrieb genommene Rechenzentren zu mindestens zehn Prozent, ab 1. Juli 2027 in Betrieb gehende mindestens zu 15 Prozent und die ein Jahr später startenden zu mindestens 20 Prozent nutzen sollen.

Mehr geht immer, weniger ist gesetzeswidrig. Früher in Betrieb genommene Rechenzentren sollen so viel verwerten, wie ihnen nach Abwägung wirtschaftlicher, technischer und sonstiger Gegebenheiten zuzumuten ist.

Ausnahmen gibt es auch: wenn die Betreiber von Wärmenetzen den Datacenter-Betreibern kein Angebot machen, obwohl sie die nötige Infrastruktur für die Wärmebereitstellung vorhalten, wenn zwischen einer Gemeinde/einem Wärmenetzbetreiber und dem Rechenzentrum bereits ein Vertrag über die Errichtung eines möglichst leistungsfähigen Wärmenetzes geschlossen wurde oder wenn der Anteil wiederverwertbarer Energie ohne Verschulden des Betreibers unter die nötige Menge sinkt.

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Vom Exoten zum neuen Standard

Die Abwärmenutzung ist also vom Exoten zum Muss geworden – eine steile Karriere. Möglich wurde das durch das anfangs eher zähe Zusammenwirken von Technologie, Gesetzgeber, Anwendern und Rechenzentrumsbetreibern.

Fraglich ist allerdings, ob und inwieweit die IT-Weiterentwicklung die Zukunft der Abwärmenutzung beeinflusst. So wird fieberhaft an energiesparsameren KI-Chips gearbeitet, weil sonst der Energieverbrauch der KI jedes vernünftige Maß zu sprengen droht.

Wenn erst einmal die energiehungrigen KI-Farmen auf nachhaltige Chiparchitekturen umgestellt sind, könnte es knapp werden mit der Abwärme. Aber bis dahin wird es wohl noch dauern.

eBook: Sektorenkopplung

Die Ampelkoalition will den Kohleausstieg auf das Jahr 2030 vorlegen. Um den Zeitrahmen einzuhalten, fördert sie den Ausbau der Sektorenkopplung. Die Verzahnung des Strom-, Wärme- und Verkehrssektors soll Synergien schaffen und die Klimaneutralität fördern. Denn sie ermöglicht etwa alternative Verwertung und Langzeitspeicherung von überschüssigen Strommengen aus erneuerbaren Energien.

Was sich daraus für die Datacenter-Branche ergibt sowie welche Vor- und Nachteile die Sektorenkopplung mitbringt, lesen Sie in unserem eBook:
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Den Rechenzentren geht die Luft aus

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