Fundierte Planung aus Expertenhand

ITD: Herr Reiling, die aktuelle Diskussion um den Klimawandel betrifft natürlich auch Rechenzentren (RZ) in Deutschland. Die hiesigen Rechenzentren bieten großes Potenzial, Energie, Rohstoffe und Kosten einzusparen. Wie ist der Status quo hinsichtlich der Energieeffizienz deutscher Rechenzentren?
Volker Reiling: Obwohl wir in Deutschland nicht die gleichen Voraussetzungen wie z.B. im kühlen Nordeuropa haben, gehören die deutschen Rechenzentren international zu den energieeffizientesten. Dennoch dürfen wir uns auf diesem guten Stand nicht ausruhen. Schließlich verbrauchen sie im Schnitt jährlich über 12 TWh Strom – mit steigender Tendenz.

ITD: Was macht ein nachhaltiges Rechenzentrum anno 2022 aus?
Reiling: Grundsätzlich macht ein nachhaltiges Rechenzentrum der Betrieb mit erneuerbarer (elektrischer) Energie und deren möglichst effiziente Nutzung aus. Hierbei sind aktuell die Abwärmenutzung, die nachhaltige Speicherung von Energie und die Reduktion von Schadstoffimmissionen durch Abgasreinigungssysteme (bei Verwendung von Notstromdieselaggregaten) ein großes Thema. Im Sinne der Nachhaltigkeit muss auch Überdimensionierung vermieden werden. Eine nachhaltige Planung hat oftmals geringere Betriebskosten zur Folge. Daher ist es wichtig, frühzeitig die entsprechenden Experten als Planer zur Lösungsfindung heranzuziehen.

ITD: In welchen Bereichen liegen derzeit die größten Optimierungspotenziale bzw. Stellschrauben?
Reiling: Die öffentliche Aufmerksamkeit liegt derzeit oftmals auf der Abwärmenutzung. In der Tat entsteht bei einem Rechenzentrum sehr viel Wärmeenergie, die ungenutzt an die Außenluft abgegeben wird. Die Probleme bei der Nutzung sind jedoch, dass die Wärme besonders im Sommer anfällt, wenn der Bedarf gering ist, die Temperatur für eine Nutzung im konventionellen Fernwärmenetz zu gering ist und erst (durch zusätzlichen Energieeinsatz) angehoben werden muss. Zudem ist der Verkauf dieser Wärme derzeit nicht wirtschaftlich. Neben der Abwärmenutzung gibt es noch weitere Optimierungsansätze: Die meiste Energie eines Rechenzentrums wird – sinnvollerweise – für die Server verbraucht. Durch den Einsatz von moderner IT-Hard- und Software gibt es zum Teil große Einsparpotenziale. Eine flächendeckende Überwachung und bedarfsorientierte und integrative Steuerung aller Systeme tragen ebenso dazu bei. Eine energieeffiziente Auslegung und Umsetzung von Kühltechnik ist eine weitere Einsparmöglichkeit. Die Auswahl und Abstimmung der Komponenten auf möglichst hohe Vor- und Rücklauftemperaturen ermöglicht einen hohen Anteil freier Kühlung (im Gegensatz zu energieintensiver Kompressorkühlung), den man – wo dies zulässig ist – durch Nutzung von thermischer Energie aus Grundwasser/Flüssen oder Adiabatik noch erhöhen kann. Hier kann eine gute Planung hohe Betriebskosten sparen. Der Einsatz von Blockheizkraftwerken (BHKW) für die Stromredundanz, anstatt der meist hierzu verwendeten Notstromdieselgeneratoren, stellt ebenso eine sinnvolle Alternative dar. Allerdings ist diese nur wirtschaftlich, wenn die erzeugte Wärme (die Temperaturen sind höher als bei der Abwärmenutzung) auch genutzt wird. Die Energiespeicherung, die meist über Batteriesysteme erfolgt, birgt ebenso Entwicklungspotenzial.

ITD: Wie lässt sich die Energie- und Ressourceneffizienz eines RZ überhaupt berechnen?
Reiling: Hierzu gibt es verschiedene Kennwerte, um unterschiedliche Rechenzentren (näherungsweise) vergleichen zu können. Der wohl bekannteste Kennwert ist der PUE, was für Power Usage Effectiveness steht. Er bezeichnet das Verhältnis der gesamten benötigten Energie eines Rechenzentrums zur Energieaufnahme seiner IT-Infrastruktur. Allerdings gibt der gesamt PUE keinen Aufschluss über die Energieeffizienz der IT-Systeme an sich. Der ERF, Energy Reuse Factor, beschreibt die Abwärmenutzung gegenüber dem IT-Energiebedarf. Ein weiterer Kennwert ist der WUE-Wert, die Water Usage Effectiveness. Er setzt den Gesamtwasserverbrauch ins Verhältnis zum IT-Stromverbrauch. Dieser Kennwert ist vor allem in wasserarmen Regionen, wie in Teilen Kaliforniens, wichtig. Betreiberseitig gibt es noch weitere Kennwerte: Der REF, Renewable Energy Factor, gibt den Anteil erneuerbarer Energie an. Der ITEU, IT Equipment Utilization, gibt die Auslastung der IT-Kapazität an, da auch Geräte im Standby Strom verbrauchen, der aber nicht genutzt wird.

ITD: Welche Technologien tragen zu mehr Nachhaltigkeit im RZ bei?
Reiling: Wie bereits gesagt, liegen die größten Potenziale in den Speichersystemen und der Energieerzeugung. Durch vorausschauende Planung lassen sich die Effizienz und Nachhaltigkeit optimieren.

ITD: Mit welchem Aufwand muss bei der umweltverträglichen Gestaltung eines RZ gerechnet werden?
Reiling: Pauschal lässt sich das nicht beantworten, da die individuellen Anforderungen und Gegebenheiten des konkreten Bauvorhabens berücksichtigt werden müssen. Gerne bringen wir hier unsere Expertise ein und sehen uns das einzelne Projekt im Detail an.

ITD: Welche Energie- und Kosteneinsparungspotenziale lassen sich so letztlich heben?
Reiling: Auch das lässt sich pauschal nicht beantworten. Tatsache ist jedoch, dass sich durch eine fundierte Planung aus Expertenhand die jeweiligen Einsparpotenziale zeigen werden.

ITD: Neben dem Energieverbrauch ist auch die Ausfallsicherheit eines RZ ein wichtiger Punkt. Was sind die derzeit größten Risikofaktoren für den Ausfall von Rechenzentren?
Reiling: Auch hier spielt die Stromversorgung eine zentrale Rolle. Es muss Strom aus dem Netz zur Verfügung stehen sowie zusätzlich eine redundante Versorgung, z.B. über Generatoren. Desweiteren müssen die Kälteversorgung und der Anschluss an das Glasfasernetz gesichert sein. Auch dies wird für hohe Ausfallabsicherung in aller Regel redundant ausgeführt.

ITD: Welche Aspekte sind demnach für die physikalische Sicherheit und Hochverfügbarkeit eines RZ entscheidend?
Reiling: Die Stromversorgung und die redundante Absicherung.

ITD: Inwiefern lässt sich prüfen, wie robust ein RZ tatsächlich ist?
Reiling: Damit eine Prüfung nicht erst im Live-Betrieb mit möglichen unschönen Nebenwirkungen erfolgen muss, gibt es bereits in der Planung mehrere Möglichkeiten: So können Verfügbarkeitsstudien rechnerisch die Ausfallsicherheit veranschaulichen. Ebenso zeigen SPOF-Analysen (Single Point Of Failure) mögliche fehlende Redundanzen auf und ermöglichen, eine frühzeitige Risikobetrachtung durchzuführen. Bei der langwierigen Inbetriebnahme, die zum Teil bereits Monate zuvor parallel in den Zulieferwerken beginnt, werden dann die Komponenten allein und im Zusammenspiel getestet, bevor das Rechenzentrum den Betrieb aufnimmt.

ITD: Welche drei Aspekte sollten unbedingt beim Neubau von Rechenzentren anno 2022 beachtet werden?
Reiling: Nachhaltigkeit, Energieerzeugung und -verbrauch sowie Sicherheit.

Bildquelle: SPIE