Kein Strom, keine Daten
Wie Mikronetze eine Branche neugestalten
Irland war quasi der Kanarienvogel in der Kohlengrube. Das Land war ein früher Vorreiter im Bauboom für Rechenzentren, angetrieben durch günstige Steuersätze für Technologieunternehmen, Unterseekabel in die USA und nach Großbritannien sowie qualifizierte Arbeitskräfte. Rechenzentren schossen in der Umgebung von Dublin wie Pilze aus dem Boden – bis dies eines Tages nicht mehr der Fall war.
Im Jahr 2021 verhängten die Regulierungsbehörden aufgrund des massiven Strombedarfs und der Sorge um die Stabilität des Stromnetzes ein faktisches Moratorium für den Bau neuer Rechenzentren in der Umgebung von Dublin.
Seitdem sehen sich Standorte wie Frankfurt, London, Amsterdam und Paris mit ähnlichen Einschränkungen konfrontiert. Die Wartezeiten für einen Netzanschluss können mehrere Jahre betragen. Auch in Asien sehen sich Entwickler in Singapur, Malaysia sowie in Tokio und Osaka in Japan mit ähnlichen Netzengpässen konfrontiert.
Laut Maurice Mortell, dem Vorsitzenden des Branchenverbands Digital Infrastructure Ireland, hat das irische Moratorium Investitionen in Höhe von 7,8 Milliarden Euro verzögert, wobei ein Teil davon auf andere europäische Märkte umgeleitet wurde.
Ein Rechenzentrum lässt sich innerhalb weniger Jahre errichten, doch nur wenige Betreiber sind bereit, ein Jahrzehnt auf einen Netzanschluss zu warten.
Der irische Kanarienvogel atmet noch
Ende letzten Jahres stellten die Behörden einen Plan vor. Rechenzentren und andere „Großverbraucher“ könnten sich wieder an das Netz anschließen, allerdings nur unter strengen Auflagen. Dazu gehört, dass sie ihren eigenen Strom erzeugen und gleichzeitig zur Netzstabilität beitragen. Mit anderen Worten: Sie müssen als Akteure der Energieinfrastruktur agieren, nicht nur als passive Verbraucher.
Nach den neuen Vorschriften müssen Rechenzentren vor Ort oder in der Nähe regelbare Energie (d. h. Energie, die dem Netz bei Bedarf zur Verfügung steht) bereitstellen, die der maximalen Kapazität des Standorts entspricht.
Zudem müssen mindestens 80 % des jährlichen Strombedarfs durch neue erneuerbare Energieerzeugung gedeckt werden, wobei den Betreibern ein sechsjähriger „Übergangszeitraum“ für den Einsatz erneuerbarer Energien eingeräumt wird. Darüber hinaus sind die Betreiber verpflichtet, jährliche Emissionszahlen vorzulegen.
Diese Regelung begünstigt insbesondere Mikronetze.
Was ist ein Microgrid?
Microgrids – oder Mikronetze – sind Stromerzeugungszentren, die unabhängig vom Hauptnetz betrieben werden können („Inselbetrieb“), sich aber gleichzeitig mit diesem verbinden, um Strom zu importieren oder zu exportieren und für Netzstabilität zu sorgen.
Die Kernkomponenten eines Microgrids sind Generatoren, Notstromaggregate, Netzanschlüsse, Batteriespeicher zur Stabilisierung sowie ein Steuerungssystem, das alle Komponenten miteinander verbindet. Die optimale Auswahl dieser Komponenten ist standortabhängig und hängt von verfügbarem Platz, Wetterbedingungen und Vorschriften ab.
Mikronetze gibt es schon seit einiger Zeit, beispielsweise zur Stromversorgung großer Produktionsanlagen und in Gasspitzenkraftwerken, doch zu den besonderen Herausforderungen in der Rechenzentrumsumgebung gehören die Notwendigkeit einer extrem hohen Verfügbarkeit und die Fähigkeit zur einfachen Skalierung.
In den USA, wo Mikronetze Anfang der 2020er-Jahre in großem Maßstab entwickelt wurden, liefern sie mittlerweile eine Gesamtleistung von rund 10 GW.
In diesem Jahr will Pure DC und der Notstromspezialist AVK ein Rechenzentrum in Betrieb nehmen, das über ein eigenes lokales Mikronetz betrieben wird. Der Auslöser war, dass dem Rechenzentrum von Pure DC in Dublin zwar eine Baugenehmigung erteilt wurde, ein Netzanschluss jedoch nicht.
Der Campus von Pure DC in Dublin
Das nach einem erfolgreichen 10-MW-Pilotprojekt derzeit im Bau befindliche Mikronetz besteht aus drei miteinander verbundenen Energiezentren und befindet sich auf dem Campus von Pure DC in Dublin. Es soll das Rechenzentrum mit Strom versorgen, bis ein Anschluss verfügbar ist. Danach wird soll es in das Stromnetz integriert werden.
Mit einer Leistung von 110 MW entspricht die Anlage dem Stromverbrauch von etwa 100.000 Haushalten – Strom, der sonst aus dem Netz bezogen worden wäre. Bei einer breiteren Einführung könnten Mikronetze dazu beitragen, die Art von Strompreissteigerungen abzumildern, die insbesondere in den USA zu einer solchen Ablehnung von Rechenzentren führen.
Derzeit liefert der Standort im Vorort Ballycoolin 54 MW Rechenleistung. Pure DC plant, diese Leistung im Laufe der Zeit zu verdreifachen, und es besteht die Möglichkeit, weitere 90 MW hinzuzufügen, vorbehaltlich der Baugenehmigung. Die Anlage nutzt ein geschlossenes Kühlkreislaufsystem, das nach der Befüllung im Betrieb praktisch kein Wasser verbraucht.
“Wir legen unsere Wassernutzungseffizienz öffentlich offen, die unter 0,4 Litern pro Kilowattstunde liegen muss“, erklärte CTO Ian Whitfield gegenüber Computing. „Wir verbrauchen zwar etwas Wasser für die Versorgung und andere Kleinigkeiten im Rechenzentrum, aber es ist wirklich sehr, sehr wenig.“
Das Rechenzentrum, das hauptsächlich Cloud-Workloads unterstützt, bietet eine SLA mit einer Verfügbarkeit von 99,999 % (maximal 300 Sekunden Ausfallzeit pro Jahr). Komponenten und Verbindungen sind doppelt ausgelegt, um Wartungsarbeiten und Ausfälle zu ermöglichen, ohne dass es zu Unterbrechungen kommt.
Hybrid für die Zukunft
Dublin verfüge über eine robuste Gasinfrastruktur, erklärte Whitfield, weshalb dies die naheliegende Wahl für die Stromerzeugungsmotoren sei. Diese wurden jedoch mit Blick auf künftige Emissionsreduktionen ausgewählt und sind dual-fuel-fähig, sodass sie schnell auf hydriertes Pflanzenöl (HVO) umgeschaltet werden können, das aus Lebensmittel- und Agrarabfällen gewonnen und vor Ort gelagert wird. Pure DC testet zudem Biomethan, mit dem Ziel, Erdgas in Zukunft vollständig zu ersetzen, sowie Wasserstoff, der Erdgas volumenmäßig um bis zu 20 % ergänzen könnte.
Platzmangel schließt Wind- und Solaranlagen vor Ort aus (die ohnehin allein keinen regelbaren Strom liefern können), doch diese werden stetig in das irische Stromnetz integriert und werden somit Teil des Mixes sein, sobald das System angeschlossen ist.
Das Mikronetz ist flexibel und modular ausgelegt, erklärte AVK-COO Paul Hood gegenüber Computing, mit der Möglichkeit, bei Bedarf weitere Anlagen hinzuzufügen – doch die richtige Dimensionierung ist entscheidend.
“Es ist sehr wichtig, dass Sie die Produkte in der richtigen Größe auswählen. Die meisten elektromechanischen Anlagen arbeiten am besten, wenn sie in Betrieb sind und voll ausgelastet werden; auf diese Weise sind sie effizienter und es entstehen weniger Verluste.“
AVK arbeitet mit Rolls-Royce, AVCO und Landmark Power Holdings (LMPH) zusammen, um „Power Pods“ von einem neuen Standort in Haydock, Lancashire, aus zu liefern. Der Plan sieht vor, technologieunabhängige, kohlenstoffarme Stromversorgungen für Rechenzentren bereitzustellen, die zwar eine gemeinsame Architektur aufweisen, aber eine Auswahl an Erzeugungsarten bieten, darunter Brennstoffzellen, Gasturbinen und Dual-Fuel-Motoren.
Mehr als nur eine Übergangslösung
Mikronetze galten früher als Übergangslösung, während man auf einen Netzanschluss wartete, doch AVK-CEO Ben Pritchard merkte an, dass sie zunehmend als integraler Bestandteil eines Rechenzentrums angesehen werden, der für die gesamte Lebensdauer der Anlage ausgelegt ist. „Es ist ein Moment, in dem der Markt beginnt, anders über Strom nachzudenken“, sagte er.
Anstatt als energiehungrige Monster angesehen zu werden, könnten Rechenzentren, die regelbaren Strom anbieten, die Netzstabilität verbessern, wenn mehr erneuerbare Energien ans Netz gehen. Dies steht zweifellos im Vordergrund für viele in einer Branche, die weltweit auf wachsenden Widerstand stößt und verzweifelt danach strebt, als der „Gute“ angesehen zu werden, der der Welt einen unverzichtbaren Dienst leistet.
Was die Emissionen betrifft, sieht der Plan die schrittweise Einführung erneuerbarer Energien vor, wobei der Standort in Dublin bis 2040 klimaneutral betrieben werden soll. Die Anlage umfasst eine Wärmerückgewinnung für den potenziellen Export von Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) zur Nutzung durch die Gemeinde sowie eine Regenwassernutzung.
Es ist jedoch eine unausweichliche Tatsache, dass Rechenzentren viel Strom verbrauchen, insbesondere im Zeitalter der KI.
In der Branche wird viel über die Abscheidung und Speicherung von Kohlendioxid (CCS) als Allheilmittel gegen Emissionen gesprochen. CCS wird oft von Politikern befürwortet, die schwierige Entscheidungen aufschieben wollen, sowie von Energieunternehmen, die am Status quo festhalten. Das bedeutet nicht, dass es keine Technologien zur CO2-Abscheidung gibt. Der AVK-Partner AVCO gewinnt effizient CO2 aus Abgasen und verkauft es an Getränkehersteller, und eine dauerhafte Speicherung ist in stillgelegten Ölquellen und ähnlichen Anlagen möglich, doch die Machbarkeit in großem Maßstab hängt stark von den örtlichen geografischen Gegebenheiten ab.
Whitfield erklärte, dass sich die CCS-Technologie zwar verbessert, sie derzeit jedoch in den meisten Fällen auf Rechenzentrumsgröße nicht rentabel ist, weshalb sich Pure DC auf erneuerbare Energien wie zertifiziertes Biomethan und HVO konzentriert. Diese stoßen zwar CO2 aus, tragen aber nicht zum Gesamtproblem bei. Auch das andere vermeintliche Allheilmittel, kleine modulare Kernreaktoren (SMRs), steht nicht auf der Roadmap.
“Diese Projekte befinden sich seit vielen Jahren in der Entwicklungsphase und ihre Realisierung wird noch einige Jahre in Anspruch nehmen. Was macht man anschließend mit den Brennstäben, und wie sieht es mit dem gesamten Lebenszyklus, dem Eigentumsmodell und den langfristigen Verbindlichkeiten aus? Unser Ansatz war es, das zu kontrollieren, was wir kontrollieren können, nämlich das Brennstoffmedium. Wenn wir also das Brennstoffmedium neutralisieren können, indem wir Gas aus Abfall erzeugen, dann ist das eine Art neutrale Kreislaufwirtschaft.“
Dieser Artikel erschien ursprünglich auf unserer Schwester-Website Computing.