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Privatdozent Thorsten Urbaneck leitet den Bereich Thermische Energiespeicher an der Professur Technische Thermodynamik der Technischen Universität Chemnitz.
© Wolfgang Thieme, TU Chemnitz
BINE-Interview
16.12.2015

Leitfaden für energieeffiziente Rechenzentren

Rechenzentren verbrauchen allein in Deutschland jährlich rund 10.000 GWh elektrische Energie. Tendenz weltweit steigend. In dem europäischen Forschungsprojekt RenewIT untersuchen Wissenschaftler aus Spanien, den Niederlanden, Italien, Großbritannien und Deutschland, wie Rechenzentren fast vollständig mit erneuerbarer Energie versorgt werden können. Jetzt liegen Ergebnisse vor. BINE Informationsdienst sprach mit Dr. Thorsten Urbaneck, Privatdozent an der Technischen Universität Chemnitz und Projektleiter des deutschen Anteils der Kooperation.

BINE Informationsdienst: Herr Dr. Urbaneck, im April vergangenen Jahres haben wir uns bereits über die Ziele des Projekts RenewIT unterhalten. Können Sie erste Ergebnisse vorweisen?

Dr. Thorsten Urbaneck: Wir konnten einige große Arbeitspakete abschließen. Insbesondere haben wir im Oktober ein Monitoring-Tool für Rechenzentren fertiggestellt. Dieses kann den Rechenzentrumsbetrieb und den Betrieb der Strom- und Kälteversorgung überwachen. Hier fließen auch wichtige Kennzahlenbewertungen ein, die im Projekt überprüft und erweitert wurden.

Viele Wissenschaftler benutzen die bewährte Simulationssoftware TRNSYS, um Energieströme in Anlagen und Gebäuden zu berechnen. Sie haben Programmbausteine speziell für Rechenzentren weiterentwickelt.

Dr. Thorsten Urbaneck: Dies sehe ich als weiteren Meilenstein. Die Simulationsmodelle können jetzt die Prozesse in Rechenzentren abbilden. Wenn wir damit die verschiedenen IT-Lasten simulieren, lassen sich die Anforderungen für die Strom- und Kälteversorgung besser berechnen. Unsere Rechenmodelle sind übrigens frei verfügbar. Sie können sie von der Projekt-Homepage kostenlos herunterladen.

Europäische Rechenzentren unterscheiden sich in Größe, Standort und Klimabedingungen. Kann es da einheitliche Konzepte für die Energieeffizienz und nachhaltiger Energieversorgung geben?

Urbaneck: Deshalb haben wir einen Katalog mit technischen Lösungen entwickelt. Darin stellen wir 14 Schemata vor, die jeweils ein erweitertes Konzept zur Strom- und Kälteversorgung umfassen. Ein möglicher Nutzer erhält einen Überblick zu verschiedenen Einsatzszenarien und die technischen Merkmale der Konzepte. Er verfügt dann über die Entscheidungskriterien, wie er den Anteil der erneuerbaren Energie signifikant steigern kann.

Sie hatten im ersten Interview beschrieben, dass Sie für die Stromversorgung Konzepte mit Photovoltaik, Windenergie, Kraft-Wärme-Kopplung mit Biomasse und auch Wellenkraft favorisieren. Für die Kühlung sehen Sie die kalte Umgebungsluft, Grundwasser, Meereswasser, effiziente Kompressionskältemaschinen und Absorptionskältemaschinen vor. Diese Techniken sind ja bekannt. Worin besteht die Herausforderung?

Urbaneck: Beginnen wir mit den natürlichen und technischen Randbedingungen. Hier können wir grob zwischen Nord- und Mitteleuropa sowie Südeuropa unterscheiden. Das lokale Klima beeinflusst die Außenluftkühlung beziehungsweise die Kühllasten durch das Rechenzentrumsgebäude. In Abhängigkeit der Länder treten dann Unterschiede bei den Preisen und den Anteilen erneuerbaren Stroms in den nationalen Netzen in den Vordergrund.

Ein weiterer Punkt ist große Bandbreite von IT-Lasten. Kleine Rechenzentren verbrauchen etwas über 50 kW elektrische Leistung, die unmittelbar durch den IT-Betrieb hervorgerufen wird. Bei großen können es durchaus 10 MW werden. Für diese Spannbreite haben wir technische Lösungen entwickelt. Dabei spielt eine sehr hohe Verfügbarkeit eine wichtige Rolle, also 24 Stunden pro Tag und sieben Tage die Woche. Viele erneuerbare Energiequellen stehen bekanntermaßen mit einer zeitlich schwankenden Energiedichte zur Verfügung. Schon aus dieser qualitativen Betrachtung, kann jeder ablesen, dass Speicher eine wichtige Rolle spielen werden.

Macht der Einsatz von Speichern auch Unterschiede zwischen Städten und dem ländlichen Raum?

Urbaneck: Der Standort besitzt weitere wichtige Einflüsse. In einer Stadt ist in der Regel die technische Infrastruktur gut entwickelt. Es bestehen Möglichkeiten, die Rechenzentrumswärme in Fernwärmesysteme einzuspeisen. Jedoch sind Flächen für eine Aufständerung von Solarkollektoren oder PV-Module nicht verfügbar oder zu teuer. Derartige Lösungen kann man leicht in ländlichen Gebieten umsetzten; allerdings bevorzugen verschiedene Firmen städtische Gebiete. Deswegen werden auch Lösungen vorgestellt, wie man von Dritten erneuerbaren Strom einkauft. Ein Ansatz der sich zwischen den beiden Varianten ansiedelt, ist zum Beispiel Verwendung von Biomasse vor Ort. Das heißt, die Biomasse wird einem anderen Ort gewonnen und nahe dem Rechenzentrum mittels Kraft-Wärme-Kopplung umgewandelt.

Zusammenfassend kann man dann wohl sagen: Jeder Fall ist anders

Urbaneck: Deswegen stellen wir 14 verschiedene Konzepte bereit. Im Katalog werden die diversen Einflüsse und Abhängigkeiten vorgestellt, die mit umfangreichen Simulationen berechnet wurden. Grundsätzlich ist die Nutzung erneuerbarer Energiequellen sinnvoll und möglich. Die Studie zeigt: Systeme mit Kraft-Wärme-Kopplung bieten oft Vorteile. Der Einsatz von Kältespeichern und chemischen Speichern in der Stromversorgung kann wesentlich zur technischen und wirtschaftlichen Verbesserung beitragen.

Was planen Sie als nächstes?

Urbaneck: In der nächsten Projektphase wird das sogenannte RenewIT-Tool vorgestellt. Sechs der 14 Lösungen können dann mit einem Online-Tool berechnet werden. Das Tool ist so konzipiert, dass IT-Spezialisten und Fachleute der Energieversorgung das komplexe Problem grob berechnen können.

(me)

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Adressen

RenewIT

Das EU-Projekt RenewIT arbeiten Forscher aus Spanien, Italien, Großbritannien, den Niederlanden und Deutschland zusammen. Der Koordinator ist Dr. Jaume Salom, Head of Thermal Energy and Building Performance Group. Hier geht es zum Kontakt.

Links

http://www.renewit-project.eu/
Projekthomepage mit weiterführenden Informationen