Jenbacher Motorentechnologie der INNIO Group liefert Strom für Nordamerikas Rechenzentren

Rechenzentren – kritische Infrastruktur für die digitale Wirtschaft

Rechenzentren wachsen heute wie nie zuvor. Grund dafür sind die außerordentlich umfangreiche Erzeugung sowie Nutzung von Daten, die im Mittelpunkt von technologischem Fortschritt und gesellschaftlichen Veränderungen stehen. Der explosionsartige Anstieg der generierten Daten – vorangetrieben durch die Zunahme von High-Performance-Computing für künstliche Intelligenz, immer mehr internetfähige Geräte und die fortschreitende Digitalisierung von Informationen – erfordert robuste und umfangreiche Lösungen zur Datenspeicherung. Dabei ist die Unterstützung des Cloud Computing durch Rechenzentren mittlerweile allgegenwärtig, insbesondere da Unternehmen und Privatpersonen für die Datenspeicherung und -verarbeitung verstärkt auf Remote-Server zurückgreifen.

Die Zuverlässigkeit von Rechenzentren ist von entscheidender Bedeutung für einen kontinuierlichen Geschäftsbetrieb. Denn sie beherbergen lebenswichtige IT-Prozesse, die eine ausfallsichere Infrastruktur erfordern, so z. B. eine redundante Stromversorgung, Datenkommunikationsleitungen und Umgebungskontrollen. Jede Störung in einem Rechenzentrum kann erhebliche Auswirkungen auf die Versorgungssicherheit, die Wirtschaft eines Landes sowie die öffentliche Sicherheit und Gesundheit haben. Aus diesen Gründen hat das amerikanische Heimatschutzministerium Rechenzentren 2013 zur kritischen Infrastruktur erklärt.

Anforderungen an die Stromversorgung

Das Wachstum des Rechenzentrum-Marktes geht mit einem erheblichen Energiebedarf einher, der in erster Linie auf die notwendige Stromversorgung und Kühlung dieser umfangreichen IT-Infrastruktur zurückzuführen ist. Rechenzentren beherbergen zahlreiche Server, Speichersysteme und Netzwerkgeräte, die große Datenmengen verarbeiten und speichern. Diese Komponenten benötigen nicht nur Energie für ihren Betrieb, sondern sie erzeugen auch Wärme, sodass modernste Kühlsysteme nötig sind, um optimale Temperaturen zu gewährleisten. Gleichzeitig brauchen Rechenzentren Zuverlässigkeit und Redundanz in Form von Notstromsystemen, die den Gesamtenergieverbrauch noch weiter erhöhen.

In den USA, wo sich der größte Teil der Rechenzentren befindet, müssen sich die Errichter ständig darum bemühen, die für den Betrieb notwendige Energie aus einer veralteten Strominfrastruktur zu beziehen. Das Stromnetz stammt aus den 1960er- und 1970er-Jahren, und die Übertragungsleitungen sind mehr als 25 Jahre alt. Damit nähert sich das amerikanische Stromnetz dem Ende der erwarteten Lebensdauer von 50 bis 80 Jahren. Trotz Verbesserungen in der Stromversorgung ist es momentan schwierig, mit der veralteten Infrastruktur den normalen Strombedarf zu decken, geschweige denn den ständig wachsenden Bedarf der Rechenzentren. Doch das alternde Stromnetz ist nicht das einzige Problem. So konkurrieren die Errichter von Rechenzentren um Strom in einem Markt, für den in den nächsten fünf Jahren in Summe ein Wachstum der Stromnachfrage um 4,7% vorhergesagt wird. Da für den Betrieb der Rechenzentren sehr viel Strom benötigt wird, führt deren Wachstum zu einer noch nie dagewesenen Nachfrage im amerikanischen Stromnetz. In Texas etwa ist das Stromnetz durch die zusätzliche Belastung durch die Rechenzentren bereits überlastet. Dies bereitet Expert:innen Sorgen.

Tatsache ist somit, dass das schnelle Wachstum beim Bau von Rechenzentren die derzeitige Kapazität des Stromnetzes übersteigt. Dies macht die Grenzen des Netzes deutlich, insbesondere in Bezug auf die geringe Übertragungskapazität zwischen den Regionen. Dies stellt ein Risiko für die Zuverlässigkeit dar, wenn die wachsenden Lasten den Ausbau neuer Stromerzeugungskapazitäten übersteigen. Damit könnte das Wachstum von Rechenzentren aufgrund von Netzverfügbarkeit und -zuverlässigkeit sowie der politischen und genehmigungsrechtlichen Anforderungen stark gefährdet sein. Durch diese Herausforderungen sind Errichter von Rechenzentren gezwungen, kreativere und effizientere Lösungen zu finden, einschließlich Neuansiedlungen und Stromerzeugung vor Ort. Nur so kann der Strombedarf der digitalen Wirtschaft gedeckt werden, ohne die Stabilität und Zuverlässigkeit des Netzes zu gefährden.

Die Kraft des Gases

Angesichts des massiven Wachstums der Rechenzentrumsbranche stehen die Betreiber nicht nur vor der gewaltigen Aufgabe, ihren Strombedarf zu sichern, sondern gleichzeitig auch den Übergang zu Net Zero zu bewältigen. Für eine emissionsfreie Zukunft muss die Branche von fossilen Kraftstoffen auf erneuerbare Energieträger umsteigen.

Wie bereits hervorgehoben, benötigen Rechenzentren ein Stromnetz, das sowohl für eine verfügbare als auch eine zuverlässige Stromerzeugung sorgt, um den aktuellen und zukünftigen Energiebedarf zu decken. Durch die Einspeisung erneuerbarer Energien können jedoch Schwankungen im Netz auftreten, sodass die Anforderungen an die Stromproduktion für einen schnellen und sicheren Betrieb rund um die Uhr nicht mehr erfüllt werden können. Dies erfordert überbrückende Energiequellen, die den Übergang von der derzeit auf fossilen Brennstoffen basierenden Infrastruktur zu einer vollständig mit erneuerbaren Energieträgern betriebenen Infrastruktur unterstützt, um das Ziel Net Zero zu erreichen. Diese Überbrückung muss die Reduktion der Treibhausgasemissionen fördern, den wachsenden Energiebedarf decken – und reichlich vorhanden sein. Die dafür am besten geeignete Lösung, die diese besonderen Anforderungen erfüllt, ist Erdgas.

Die Nutzung von Erdgas als Energieträger kann Emissionen in vielerlei Hinsicht erheblich senken. Ein Beispiel ist der Einsatz der Jenbacher Technologie der INNIO Group. Damit können konventionelle, elektrisch betriebene Kühlkompressoren – wie sie derzeit in Rechenzentren verwendet werden – durch eine kombinierte Energieerzeugung vor Ort ersetzt werden. Diese Technologie nutzt die Motorabwärme mithilfe individueller Lösungen auf Basis von Absorptionskältemaschinen, Wärmepumpen und anderen Konzepten zur Abwärmerückgewinnung. Jenbacher Kraft-Wärme-Kälte-Kopplungssysteme (KWKK), die mit hochzuverlässigem Pipelinegas betrieben werden, können die CO₂-Bilanz von Rechenzentren je nach Energiemix um bis zu 50% verbessern und gleichzeitig mehr als 20% der eingesetzten Primärenergie einsparen. Um die Energiesysteme in Rechenzentren nachhaltig zu gestalten, ist dabei eine integrierte Abwärmerückgewinnung erforderlich. Sie ermöglicht die Kühlung, die normalerweise bis zu 40% des Energiebedarfs eines Rechenzentrums ausmacht. Da Erdgas im Überfluss vorhanden ist, bietet die moderne Jenbacher Motorentechnologie in Nordamerika ausgezeichnete containerisierte KWKK-Lösungen für die Betriebsumgebung von Rechenzentren. Und da die Branche zur Deckung ihres Bedarfs auf Erweiterungen auf unbebauten Flächen setzt, können die Errichter von Rechenzentren die Stromerzeugung für ihren Betrieb wesentlich einfacher sicherstellen. Denn Erweiterungen auf der grünen Wiese erfordern dezentrale Energielösungen, sobald Übertragungsleitungen nur eingeschränkt oder nicht verfügbar sind. Die dezentrale Energieversorgung bietet den Betreibern von Rechenzentren zahlreiche Vorteile. Dazu zählen einfache Erweiterungsmöglichkeiten aufgrund der Netzunabhängigkeit, die Nutzung flexibler Tarife und der Einsatz der mittels KWKK erzeugten Wärme oder Kälte. Bei Netzparallelbetrieb bietet die dezentrale Energieversorgung zudem Ausgleichs- und Hilfsdienste für das Netz, unterstützt den Ausgleich der volatilen erneuerbaren Energien und bietet die Möglichkeit des Stromverkaufs, wenn die Endkunden- oder Großhandelspreise hoch sind.

Förderung von Gaskraftwerken

Gasbetriebene Kraftwerke sind das Rückgrat der Energiewende. Sie liefern verlässlich Strom für Rechenzentren, bis das Netz ausgebaut ist oder dessen Zuverlässigkeit verbessert wurde. Zuverlässige, emissionsarme Gaskraftwerke können das ganze Jahr über rund um die Uhr Strom liefern. Sobald der Strombedarf eines Rechenzentrums über das Netz gedeckt werden kann, können die bisher für die kontinuierliche Stromversorgung genutzten Gasgeneratoren als Backup-Lösungen eingesetzt werden.

Vor allem der Betrieb einer hybriden Anlage, die sowohl die Notstrom- als auch die Hauptstromversorgung übernimmt, könnte für Rechenzentren eine attraktive Möglichkeit sein. Bei einer hybriden Lösung können Gasgeneratoren nicht nur als Notstromquelle dienen, sondern auch kontinuierlich Strom als primäre Energie liefern, wenn das Netz nicht genügend Strom bereitstellen kann. Darüber hinaus können sie in Spitzenzeiten zur Netzdrosselung verwendet werden, wenn das Rechenzentrum vom Netz getrennt und intern mit Strom versorgt wird.

Emissionsfreie Notstromlösungen schon heute

NorthC Datacenters (NorthC), ein führendes Unternehmen im niederländischen Markt für Rechenzentren, steht wie kein anderer Betreiber für mehr Nachhaltigkeit. Mit dem Bau eines dualen Jenbacher Gaskraftwerks in Eindhoven, das mit 100% Erdgas, 100% Wasserstoff oder jeder beliebigen Mischung davon betrieben werden kann, hat das Unternehmen Pionierarbeit für die europäischen Rechenzentren geleistet – eine Premiere auf dem Kontinent. Der Betrieb mit Wasserstoff kann einsetzen, sobald dieser in größeren Mengen zur Verfügung steht.

Im Rechenzentrum von NorthC in Eindhoven kommen sechs Jenbacher „Ready for H₂“-Motoren zum Einsatz. Die Jenbacher Motoren sind das Herzstück des Kraftwerks, das bei einem Ausfall des Stromnetzes als Notstromaggregat fungiert. Die für unterschiedliche Gase ausgelegten Motoren haben eine Gesamtleistung von sechs Megawatt und werden als Containerpaket betrieben. Das Rechenzentrum in Eindhoven umfasst nicht nur die Notstromanlage mit Multigasbetrieb, vor Ort ist auch eine Wasserstoffspeicherlösung geplant.

Der Multigasbetrieb des Kraftwerks bietet NorthC zusätzliche Flexibilität und Sicherheit. Bei einem Ausfall des Stromnetzes werden die Motoren mit dem vor Ort gespeicherten Wasserstoff betrieben. Bei länger andauernden Stromausfällen hat NorthC die Möglichkeit, während des Motorbetriebs auf Erdgas als Energiequelle umzustellen. Darüber hinaus nutzt NorthC eine cloudbasierte digitale Plattformlösung der INNIO Group, die eine sichere Echtzeitüberwachung der Notstromversorgung bietet. In der Öffentlich bekannt wurde das Projekt, weil es die Strategie der Niederlande unterstützt, bis 2050 CO₂-Neutralität zu erreichen.

NorthC selbst will bis 2030 vollständig CO₂-neutral sein. Dazu wurde eine Strategie entwickelt, die auf vier Säulen der Nachhaltigkeit basiert: 100% grüne Energie, modulare Bauweise, effiziente Nutzung von Restwärme und grüner Wasserstoff. Das Rechenzentrum in Eindhoven wird mit Solar- und Windenergie aus dem Stromnetz versorgt, sodass das Entstehen von Stranded Assets vermieden wird.

Mit den Jenbacher Lösungen der INNIO Group können eine zuverlässige Stromversorgung gewährleistet, die CO₂-Bilanz von Rechenzentren verbessert und zusätzliche Einsparungen und Einnahmen realisiert werden. Jenbacher Motoren basieren auf einer bewährten und etablierten Motorentechnologie, die es den Kund:innen der INNIO Group ermöglicht, die Dekarbonisierung umzusetzen und im Lauf der Zeit flexibel auf einen 100%igen Wasserstoffbetrieb umzustellen. Dabei muss nicht in neue Anlagen investiert werden, um später die Anforderungen der Emissionsneutralität zu erfüllen. Die Investition in Jenbacher Gasgeneratoren trägt dazu bei, dass die Betreiber von Rechenzentren keine Stranded Assets verbuchen müssen, was bei Dieselgeneratoren durchaus der Fall sein könnte.

Zuverlässige Elektrizität über das Netz hinaus

Die Betreiber nordamerikanischer Rechenzentren müssen ihren Strombedarf decken und gleichzeitig Net-Zero-Ziele verfolgen. Da die Kapazität des Stromnetzes möglicherweise nicht ausreicht, setzen sie auf Innovationen zur Verbesserung der Energie-, Wasser- und Flächennutzung, um weiterhin nachhaltig agieren zu können. Viele Rechenzentren bemühen sich um alternative Versorgungslösungen über das Stromnetz hinaus. Dabei werden auch Kraftwerke in Betracht gezogen, die mit Erdgas und erneuerbaren Energieträgern wie Wasserstoff betrieben werden. Durch die Umstellung der Not- und Reservestromversorgung von Rechenzentren auf Erdgas und erneuerbare Energien können die Emissionen der gesamten Branche reduziert werden. Die Jenbacher Motoren der INNIO Group können dazu beitragen, Rechenzentren zuverlässig mit Strom zu versorgen, bis das Stromnetz besser ausgebaut oder belastbarer ist. Und mit erneuerbaren Energieträgern wie Wasserstoff können Jenbacher Lösungen den Rechenzentren helfen, den Strombedarf von heute zu decken und gleichzeitig die Branche für den Net-Zero-Betrieb von morgen aufzustellen.