Können Rechenzentren mit erneuerbarer Energie die Welt retten?

Rechenzentren haben einen erheblichen Einfluss auf den globalen Energiemarkt. Der derzeitige weltweite Verbrauch von Rechenzentren beträgt mehr als 2 % der gesamten Stromerzeugung, und Greenpeace geht davon aus, dass er bis 2030 13 % des weltweiten Strombedarfs erreichen wird [1]. Daher ist das Design von Rechenzentren in einer einzigartigen Position, um die Erzeugung erneuerbarer Energien auf globaler Ebene positiv zu beeinflussen. Große Unternehmen der Branche wie Facebook, Microsoft und Google haben sich im Rahmen einer globalen Initiative namens RE100 [2] verpflichtet, zu 100 % auf erneuerbare Energien umzustellen. Wir erörtern: Warum sollte man auf erneuerbare Energien umsteigen, wie wurde dies erreicht und wo befinden sich die erneuerbaren Rechenzentren?

Erneuerbare Energien gelten als teuer und ineffizient. Warum also gehen große Unternehmen Verpflichtungen wie die Beschaffung von 100% erneuerbarer Energie ein? Die einfache Antwort: Es ist in zweierlei Hinsicht wirtschaftlich sinnvoll. Erstens ermöglicht die Beschaffung erneuerbarer Energien den Unternehmen, die Energiekosten auf einen festen Tarif zu setzen. Diese Tarifbindung hat einen erheblichen Einfluss auf die Stabilisierung und Senkung der Betriebskosten eines Rechenzentrums, da Energie die größte wiederkehrende Ausgabe ist. Erneuerbare Energie kann zu einem festen Preis für 10-25 Jahre festgeschrieben werden [3]. Der zweite Grund ist, dass der Kunde es verlangt. Bei der Suche nach einem Colocation-Anbieter hat ein großer Streamingdienst-Kunde in seinen Ausschreibungen [4] im Jahr 2018 100 % Strom aus erneuerbaren Energien gefordert. Wenn also erneuerbare Energien die Betriebskosten Ihres Unternehmens senken und Ihre Attraktivität für die Kunden erhöhen können, warum ist dies nicht weiter verbreitet? Der Energiebeschaffungsplan eines Unternehmens basiert auf der Verfügbarkeit der Energieerzeugung und der Lage des Standorts. Dies sind die komplexen Aspekte einer erfolgreichen Umstellung auf 100 % erneuerbare Energiequellen. Ein Unternehmen kann sich auf zwei Arten mit erneuerbarer Energie versorgen: selbst bauen oder einen Vertrag abschließen. Bei der ersten Option baut ein Unternehmen vor Ort erneuerbare Energie in Form eines Wind- oder Solarparks, einer Biogas-Brennstoffzelle usw. In diesem Fall ist das Unternehmen Eigentümer der erneuerbaren Energieerzeugung und wird direkt von ihr mit Strom versorgt. Im Gegensatz dazu sind ein Stromabnahmevertrag (Power Purchase Agreement, PPA) und ein Zertifikat für erneuerbare Energien (Renewable Energy Certificate, REC) vertragliche Beziehungen, bei denen die erneuerbare Erzeugung nicht direkt den Kunden versorgt, sondern der Kunde sich bereit erklärt, den erzeugten Strom zu einem festen Satz pro kWh zu kaufen [3]. Die Partner müssen sich im selben Netz befinden, auch wenn der Kunde den von der erneuerbaren Energiequelle erzeugten Strom nicht direkt beziehen darf. Der Kunde kann eine Gutschrift für seinen Strom aus erneuerbaren Energien in Form eines REC erhalten, um den Kauf von Strom über eine PPA nachzuweisen. Da der Standort der Rechenzentren oft nicht derselbe ist wie der optimale Standort für die Erzeugung erneuerbarer Energie, ist die PPA eine häufigere Quelle für erneuerbare Energie. PPAs ermöglichen eine breitere geografische Reichweite für den Zugang zu erneuerbarer Energieerzeugung und die Nutzung bereits in Betrieb befindlicher Anlagen, ohne dass eigene Quellen gebaut werden müssen.

Es wird erwartet, dass der Anteil der erneuerbaren Energien an der weltweiten Energieversorgung im Jahr 2020 nur 22,5 % betragen wird, was das Erreichen von 100 % erneuerbaren Energien für Unternehmen zu einer Herausforderung macht. Diese Herausforderung offenbart eine versteckte Komponente der Gleichung zum Erreichen von vollständig kompensiertem Strom: die Steigerung der Energieeffizienz und die Reduzierung des Energieverbrauchs. Für Rechenzentren wird die primäre Energieeffizienz-Kennzahl als Power Usage Effectiveness (PUE) bezeichnet, ein Verhältniswert > 1,0 zwischen dem Gesamtstromverbrauch und dem Stromverbrauch der IT-Geräte. Der Gesamtstromverbrauch eines Rechenzentrums umfasst neben den IT-Geräten in der Regel auch die HLK, die Beleuchtung und die Notstromquellen. Je niedriger der PUE-Wert ist, desto effizienter arbeitet das Rechenzentrum.

Die geografische Lage hat einen erheblichen Einfluss auf den PUE-Wert eines Rechenzentrums und die Menge an erneuerbarer Energie, die im lokalen Netz verfügbar ist. Ein kälteres Klima beispielsweise senkt die Belastung und den Verbrauch des HVAC-Systems und führt zu einem PUE-Wert, der näher bei 1 liegt. Was den Zugang zu erneuerbaren Energien im Stromnetz betrifft, so werben die skandinavischen Länder damit, dass sie einen der niedrigsten CO2-Fußabdrücke pro erzeugter kWh haben, wobei Norwegen bei 8 Gramm CO2/kWh liegt. Im Vergleich dazu emittiert das Stromnetz in den Vereinigten Staaten durchschnittlich 489 Gramm CO2/kWh [6]. Energieeffiziente und mit erneuerbaren Energien betriebene Rechenzentren sind in ganz Europa und Nordamerika zu sehen, die kreative Methoden zur Erreichung der Ziele im Bereich der erneuerbaren Energien demonstrieren. Im Jahr 2009 wurde das Rechenzentrum von Apple in Maiden, North Carolina, gebaut, wo es keinen Netzzugang zu erneuerbaren Energien gibt. Die Antwort des Unternehmens: der Bau einer 20-Megawatt-Solaranlage auf der anderen Straßenseite, um den Energieverbrauch des Rechenzentrums auszugleichen. Dank dieser und ähnlicher Bemühungen hat Apple im Jahr 2013 durch den Bau und die PPAs [10] eine 100%ige Versorgung mit erneuerbaren Energien erreicht. Microsofts 2014 erbautes Rechenzentrum in Cheyenne, Wyoming, war ein Proof-of-Concept-Rechenzentrum mit einer Leistung von 200 Kilowatt, das mit einer 300-Kilowatt-Brennstoffzelle betrieben wurde, die mit Biogas aus der örtlichen Kläranlage betrieben wurde. Das Konzept deckte sowohl den gesamten Strombedarf des Rechenzentrums als auch die Energieversorgung der Kläranlage. Das Infrastrukturpaket wurde später der örtlichen Gemeinde zur weiteren Erforschung von Lösungen für saubere Energie in geschlossenen Kreisläufen gespendet [7]. Auch Apple hat ähnliche Brennstoffzellentechnologien in seinem Betrieb eingesetzt. Im Jahr 2017 erreichte Microsoft einen Anteil von 50 % erneuerbarer Energie im Betrieb und in den Rechenzentren und hat sich verpflichtet, den Anteil an erneuerbarer Energie weiter zu erhöhen [11].

Im Jahr 2017 hat Google auch weltweit 100 % erneuerbare Energie zum Ausgleich von Rechenzentren und Büros erreicht. Das Unternehmen hat Verträge mit Erzeugern für 2,6 Gigawatt erneuerbare Energie abgeschlossen [8]. In einem speziellen Betrieb in Hamina, Finnland, erreichte Google einen beeindruckenden PUE-Wert von 1,14 durch die Verwendung von natürlich kaltem Meerwasser als Kühlwasser. Außerdem wurde ein altes Papierfabrikgebäude wiederverwendet, um die Auswirkungen des Baus zu reduzieren [9]. Das Rechenzentrum ist ein Beispiel für die Kombination von Energieeinsparungen durch die Nutzung lokaler Ressourcen und den Abschluss von PPAs, um die gewünschten Kompensationen zu erreichen.

Das Rechenzentrum von Facebook in Lulea, Schweden, ist ein Beispiel für die Nutzung eines lokalen erneuerbaren Stromnetzes und des lokalen Klimas, um den erneuerbaren Fußabdruck zu vergrößern und den Energieverbrauch zu senken. Das schwedische Stromnetz besteht zu 80% aus kohlenstoffarmen nuklearen und hydroelektrischen Quellen [12]. Die Wasserkraft hat es dem Unternehmen ermöglicht, die Anzahl der erforderlichen Backup-Generatoren zu reduzieren, da die Stromversorgung sehr zuverlässig ist. Außerdem konnte der PUE-Wert auf 1,07 gesenkt werden, da die freie Kühlung durch die natürliche Kühlung von Luft und Wasser erfolgt. Das schwedische Stromnetz hat einen CO2-Fußabdruck von 13 g CO2/kWh [6], was niedriger ist als in den meisten anderen Ländern. Bis heute hat Facebook seinen Betrieb zu etwa 50% mit erneuerbaren Energiequellen kompensiert [10].

Es gibt mehrere Organisationen, die versuchen, Stromerzeuger zu identifizieren und mit Kunden zusammenzubringen. Beispiele sind die Renewable Energy Buyers Alliance (REBA) und Bitpower. Diese Makler helfen dabei, den Bekanntheitsgrad zu erhöhen, die Komplexität zu reduzieren und eine Aufzeichnung über neue Geschäfte zu führen, um Erzeuger und Kunden zusammenzubringen [4].

Eine vollständige Umstellung auf erneuerbare Energien ist in der Rechenzentrumsbranche möglich, erfordert jedoch strategisches Denken und Investitionen. Es erfordert eine genaue Standortplanung, um dort zu bauen, wo erneuerbare Ressourcen zur Verfügung stehen, und erhebliche Kapitalinvestitionen in effektive, energieeffiziente Designs. Die obigen Beispiele zeigen, dass Energieeffizienz, der Einsatz neuartiger Technologien und das Engagement für erneuerbare Energien auch dann möglich sind, wenn es nicht bequem ist. Die Zukunft sieht rosig aus für einen verstärkten Einsatz erneuerbarer Energien in der Rechenzentrumsbranche, angeführt von den wichtigsten Akteuren, und CAI ist stolz darauf, Kunden beim Erreichen ihrer Ziele im Bereich erneuerbare Energien zu unterstützen. Besuchen Sie unsere Seite zur Inbetriebnahme von Rechenzentren, um weitere Informationen zu erhalten, und kontaktieren Sie unseren Global Director of Building Commissioning, Niall Killeen(niall.killeen@cagents.com), um Ihr nächstes Projekt zu besprechen!

Über den Autor:

Ann Schneider verfügt über 2,5 Jahre Erfahrung als Projektingenieurin und Projektleiterin von Bauprojekten in der Öl- und Gasindustrie. Ihre Erfahrung als Ingenieurin umfasst Designprüfungen, Betriebsunterstützung für bestehende Anlagen und hydraulische Analysen von Systemen. Vor ihrer Tätigkeit in der Öl- und Gasindustrie arbeitete Ann Schneider als Praktikantin bei einem Stromversorger.