Green IT für Rechenzentren

Aus Klimaschutzgründen und aufgrund stetig steigender Energiepreise sind energieeffiziente Maßnahmen nicht nur im Rechenzentrumsbetrieb seit einigen Jahren ein wichtiges Thema. Auch für Städte – „Smart Cities“ – wird es in Zukunft immer wichtiger sein, Energieressourcen sinnvoll zu nutzen und beispielsweise den Ausstoß von CO2 zu verringern. Da passen riesige Rechenzentren mit Serverparks und energieintensiver Hardware, die schnell den Energieverbrauch einer Kleinstadt erreichen können, nicht mehr ins Bild. Die erschreckende Realität: Die IT-Branche ist weltweit für rund zwei Prozent der CO2-Emission verantwortlich – Tendenz steigend. Hauptverantwortlich dafür und zugleich die größten Energiefresser sind Rechenzentren. Laut einer Studie des Fraunhofer IZM aus dem letzten Jahr verbraucht die Informations- und Kommunikationstechnologie in Deutschland gegenwärtig 55 Terawattstunden (TWh), was ca. zehn Prozent des deutschen Stromverbrauchs entspricht. Diese Entwicklung wird sich vermutlich fortsetzen, so dass der Stromverbrauch bis 2020 um mehr als 20 Prozent zu steigen droht. Dies hat nicht nur Auswirkungen auf die Budgets der Unternehmen, auch die Umwelt wird dauerhaft erheblichen Schaden davontragen.

Häufig werden die Server, die das Bild der gängigen Data Center prägen, für den Hauptstromverbrauch aus dem öffentlichen Versorgungsnetz verantwortlich gemacht. Die ist allerdings nicht ganz korrekt: Die von Servern, Speichersystemen und Netzwerkkomponenten verbrauchte Energie wird in der Regel in Wärme umgewandelt und an die Umgebungsluft abgegeben  und verursacht so hohe Temperaturen. Um diese Wärme zu kompensieren, zählen das Kühlungssystem und die Klimatisierung mit einem Anteil von rund einem Drittel zu den wesentlichen Energieverbrauchern.

Zwar hat sich die Energieeffizienz von Servern, Klimatechnik und USV (Unterbrechungsfreie Stromversorgung) im Allgemeinen durch den technologischen Fortschritt verbessert, die Stromkosten steigen trotzdem weiter an. Bevor die Energiekosten ins unermessliche wachsen, müssen sich Betreiber nach Alternativen umsehen.

Ein Trend, der sich in den letzten Jahren zunehmend auf privaten Hausdächern beobachten lässt, soll die Lösung bringen: Photovoltaikanlagen sind technisch bereits so ausgreift, dass im Sommer rund die Hälfte des gesamten deutschen Stromverbrauchs durch Solarzellen gedeckt werden könnte. Steigende Strompreise machen die Nutzung selbstproduzierten „Sonnen“-Stroms daher für den Privatmann attraktiv. In größeren Dimensionen ist der Bezug aus erneuerbaren Energiequellen auch für Rechenzentren denkbar. Donald Badoux, General Manager bei Equinix Deutschland, schätzt, dass „deutschlandweit ca. fünf Prozent“ der Data Center mit erneuerbaren Energien betrieben werden. „Das Bewusstsein für umweltfreundlich erzeugte Energie wächst. Auch in Deutschland haben etliche Unternehmen die Energieversorgung bereits auf erneuerbare Energien umgestellt, beispielsweise betreibt ­T-Systems seine Rechenzentren mit Ökostrom“, weiß Bernd Hanstein, Hauptabteilungsleiter Produktmanagement IT bei Rittal, zu berichten.

Die Umsetzung und Einführung energieeffizienter Komponenten muss sich für die Betreiber rechnen: Denn vor allem in wirtschaftlich schwierigen Zeiten tendieren IT-Verantwortliche dazu, Green-IT-Projekte zunächst hintenanzustellen. Studien zeigen allerdings, dass sich Investitionen in energieeffiziente Produkte und Prozesse im Schnitt nach drei Jahren amortisieren. Mit dem richtigen Ansatz können sich also allein durch die erreichten Energieeinsparungen Investitionen für die Einrichtung eines modernen grünen IT-Betriebs innerhalb weniger Jahre gelohnt haben.

Um für private Betreiber mit gutem Beispiel voranzugehen, hatte sich die Bundesverwaltung das Ziel gesetzt, den durch den staatlichen IT-Betrieb verursachten Energieverbrauch um 40 Prozent zu reduzieren. Dabei lag der Hauptfokus auf der Reduzierung des IT-Energieverbrauchs im Rechenzentrum. Dem Ruf nach Einsparungen ist u.a. die IT der Bundesagentur für Arbeit (BA), die eine der größten IT-Landschaften in Deutschland betreibt, gefolgt und hat das Ziel sogar noch überboten. Bis zum Stichtag am 30. September vergangenen Jahres konnte sie eine Gesamteinsparung von 48,4 Prozent vorweisen. Basis der Berechnung war ein Verbrauchswert von 208 GWh aus den Jahr 2009.

Das Ergebnis beruht zwar nicht ausschließlich auf dem Einsatz von erneuerbaren Energien, doch „die deutliche Übererfüllung des ambitionierten Bundeszieles zeigt, dass unsere konsequente strategische Vorgehensweise sich ausgezahlt hat“, erklärt Raimund Becker, Vorstandsmitglied der BA. „Es ist der IT der BA in den letzten beiden Jahren gelungen, trotz weiterer Zentralisierung der IT-Verfahren an den zentralen RZ-Standorten den Energieverbrauch um weitere 1,5 GWh zu senken“, ergänzt Rudi Hey, Leiter des Geschäftsbereichs IT-Anwenderservice im IT-Systemhaus der Bundesagentur für Arbeit. „Zum Vergleich: Ohne entsprechende Maßnahmen hätte sich der Energieverbrauch aller zentralen Rechenzentren im Gegensatz dazu pro Jahr um 6,5 GW/h erhöht.“

Erneuerbare Energien nutzen

Bislang erfreuen sich alternative Energien aus Wind, Wasser oder Sonne aufgrund ihrer Unbeständigkeit keiner großen Beliebtheit in der IT-Branche. Dies liegt hauptsächlich daran, dass es derzeit noch schwierig ist, die Wirtschaftlichkeit richtig einzuschätzen. Die größte Herausforderung bei der Nutzung erneuerbarer Energien ist es, die entstehenden Kosten, benötigte Kapazitäten sowie mögliche Unzuverlässigkeiten zu überschauen. Insbesondere die durch Jahres- oder Tageszeit abhängigen Schwankungen verursachen Skepsis, da die bestehenden Infrastrukturen von einem kontinuierlichen Stromfluss abhängig sind. „Die Nutzung erneuerbarer Energien beim Betrieb von Rechenzentren ist meines Wissens nach noch sehr wenig verbreitet. Der zeitlich stark variable Anfall von Strom ist für ein Rechenzentrum schwierig zu handhaben“, gibt Dr. Peter Koch, Sr. VP Engineering & Product Management, Racks & Integrated Solutions, bei Emerson Network Power, zu bedenken.

Diese „Ängste“ will die EU-Initiative RenewIT, die im Oktober 2013 gestartet wurde, beseitigen und Betreiber von Rechenzentern dabei unterstützen, die Kosten für den Umstieg auf regenerative Energien zu kalkulieren. Um Unwägbarkeiten berechenbar zu machen, sollen Betreiber ein webbasiertes Planungstool an die Hand bekommen, mit dem die Kosten für den Aufbau einer Anlage, die im besten Fall einen hohen Anteil an lokaler Energiequellen nutzt, zu veranschlagen. Die Universität Chemnitz, die als einziger deutscher Vertreter an dem internationalen Projekt beteiligt ist, beschäftigt sich vorrangig mit neuen Kühltechniken durch Außenluft, Wasser oder Schnee.

Das von der EU mit 3,6 Mio. Euro mitfinanzierte Projekt ist auf drei Jahre angelegt und soll das Ziel der europäischen Klima- und Energiepolitik, den Anteil erneuerbarer Energien am Energieverbrauch bis 2030 auf 27 Prozent zu steigern, vorantreiben. Eine verbindliche Quote für alle EU-Länder ist bislang allerdings  nicht vorgesehen.

Im Rahmen des parallel laufenden europäisches Forschungsprojektes „GreenDataNet“ sollen Konzepte entwickelt werden, um den Energiebedarf künftig sogar bis zu 80 Prozent aus regenerativen Energiequellen zu decken. Dazu gehört zunächst die Entwicklung von Energiemanagementsystemen und Stromspeichern, um witterungsbedingte Schwankungen in der Stromproduktion ausgleichen zu können. So soll die Verbrauchskurve mit den Energieerzeugungskurven koordiniert werden, um netzstabilisierend zu wirken. „In vielen Rechenzentren muss nicht alles ständig laufen. Teilweise lässt sich der Betrieb in Zeiten mit verfügbarem Überschussstrom verlagern“, erklärt Dr. Peter Koch von Emerson Network, die Idee dahinter.

Das Projekt, an dem sich u.a. der Autohersteller Nissan, das französische Kommissariat für Atomenergie und alternative Energien und der Komponentenhersteller Eaton beteiligen, wird mit 2,9 Mio. Euro von der Europäischen Kommission gefördert.

Im Fokus stehen derzeit Überlegungen, gebrauchte Akkus aus Elektrofahrzeugen als Zwischenspeicher zu verwenden. Diese Akkus, die ein kostspieliger Bestandteil der Autos sind, sind allerdings nach einer gewissen Zeit nicht mehr ausreichend leistungsfähig. Dennoch verfügen sie noch über genügend Speicherkapazität, um in anderen Bereichen Anwendung zu finden – etwa als Zwischenspeicher für Strom aus Wind- und Solarkraftwerken. „Die Stromspeichermöglichkeiten müssen in Deutschland noch deutlich verbessert werden. Dies betrifft sowohl die Speichertechnologie als auch das Speichervolumen“, regt dazu Donald Badoux an.
Aktuell wird dieses Konzept an drei Demonstrationsanlagen in der Schweiz, den Niederlanden und Frankreich getestet.

Die Bestrebungen der EU und auch der deutschen  Bundesregierung sind löblich, und gut gemeinte Prognosen besagen, dass bereits in zehn Jahren die Mehrzahl der in Deutschland betriebenen Rechenzentren durch alternative Energien – allen voran die Solarenergie – betrieben wird. Bleibt zu hoffen, dass ein „grünes Image“ für die Betreiber der Rechenzentren künftig an Bedeutung gewinnt.

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