Wie Mikronetze den Boom der Rechenzentren antreiben

Luftaufnahme eines großen Rechenzentrums. Bild: Adobe Stock

Diese Tatsache hat zu einem rasanten Wachstum der Rechenzentren geführt, von denen die größten Hunderttausende von Quadratmetern mit Rechenleistung, Speichermedien und Netzwerkhardware bedecken können.

Ein Hyperscale-Rechenzentrum kann täglich Hunderte von Megawatt (MW) Strom verbrauchen. Das ist oft mehr Strom, als ein lokales Stromnetz liefern kann.

Die Folge könnten Ausfallzeiten sein, die jedoch enorm teuer sind. Eine aktuelle Studie beziffert die durchschnittlichen Kosten auf mehr als 14.000 US-Dollar pro Minute.

Um das Risiko zu minimieren, installieren immer mehr Unternehmen Mikronetze – Energiequellen, die den Datenfluss aufrechterhalten können.

Stromversorgung ohne Unterbrechung

Frank Moyer ist Leiter des globalen Vertriebs beim Energielösungsanbieter ANA Inc. Einen Großteil seiner Zeit verbringt er damit, mit den weltweit größten Datenunternehmen über deren Energiebedarf zu sprechen, der zunehmend auch Mikronetze umfasst.

Moyer beschreibt ein Mikronetz als ein koordiniertes System aus mehreren Energiequellen wie Solarzellen, Batterien, Netzanschlüssen und Dieselgeneratoren, die zusammenarbeiten, um eine zuverlässige 24-Stunden-Stromversorgung zu gewährleisten.

Durch die Integration mehrerer Stromquellen kann das System einen Einbruch oder Ausfall einer Stromquelle sofort kompensieren.

Moyer erklärt, dass es eine Reihe unterschiedlicher Mikronetzmodelle gibt, die entweder temporär oder permanent sein können.

Ansicht des Akkupacks mit Halterung und Gehäuse für LTO-Batterien (Lithium-Titanoxid).

Temporäre Hybrid-Mikronetze werden häufig zur Stromversorgung von Baustellen eingesetzt, wenn das öffentliche Stromnetz nicht genügend Strom liefern kann. In solchen Fällen werden Dieselgeneratoren, Batterien und mitunter auch Solaranlagen verwendet, um die Versorgungslücke zu schließen, bis der permanente Netzanschluss hergestellt ist.

Permanente Mikronetze bleiben dauerhaft vor Ort und arbeiten in einem deutlich größeren Maßstab. Diese Systeme können von einigen Dutzend Megawatt bis zu mehreren Hundert Megawatt reichen, und die größten Rechenzentrumskomplexe nähern sich mittlerweile Clustern im Gigawattbereich. Schon während der Bauphase benötigt ein Standort möglicherweise 50 bis 100 Megawatt, und dieser Bedarf steigt nach der Inbetriebnahme sprunghaft an.

Schütze es, halte es grün

Moyer merkt an, dass viele Rechenzentrumsbetreiber auch dann noch auf lokale Mikronetze setzen, wenn das öffentliche Stromnetz verfügbar ist, da diese zusätzliche Ausfallsicherheit bieten und dazu beitragen, die immer strengeren Nachhaltigkeitsziele zu erreichen. Der Trend zu Hybridsystemen kommt vor allem von Endnutzern, die geringere Emissionen, höhere Kraftstoffeinsparungen und eine zuverlässige Leistung wünschen.

Bei den richtigen Anwendungen können hybride Mikronetze den Dieselverbrauch drastisch reduzieren und oft Einsparungen von 70 bis 80 % bei variablen oder temporären Lasten erzielen.

Da das hybride Mikronetz Batterien nutzt, ist eine saubere und ununterbrochene Stromabgabe der Batterien von entscheidender Bedeutung, da selbst kurze Unterbrechungen Server beschädigen oder zu Datenverlusten führen können.

Zum Thema Sicherheit merkt Moyer an, dass bei Generatoren die Wahrscheinlichkeit thermischer Ereignisse höher ist als bei fortschrittlichen Batterietechnologien wie LTO, die eine überlegene thermische Stabilität bieten.

Für die Eigentümer stehen daher drei Prioritäten im Vordergrund: Sicherheit, Kosteneinsparung und Zuverlässigkeit.

Die neuesten Versionen des Microgrid-Designs orientieren sich stark an anderen unternehmenskritischen Sektoren, wie Militärbasen, Krankenhäusern und sogar Live-Übertragungen wie dem Super Bowl oder der FIFA-Weltmeisterschaft, wo Stromausfälle einfach keine Option sind.

Dieselbe Prinzipien der Redundanz und Zuverlässigkeit bilden heute die Grundlage für moderne Mikronetze in Rechenzentren.

Eine weitere Schlüsselrolle in diesem Ökosystem spielen Vermietungsunternehmen.

Frank Moyer, Direktor für globalen Vertrieb bei ANA Inc.

Moyer merkt an, dass große Technologieunternehmen es oft vorziehen, keine Generatoren oder Energiespeicheranlagen zu besitzen, sondern sich stattdessen auf Generalunternehmer und Vermieter verlassen, die die benötigte Ausrüstung liefern und warten.

Die Nachfrage ist rasant gestiegen, und Vermietungsunternehmen investieren zunehmend in Batteriesysteme, da die Endnutzer nachhaltigere und robustere Optionen fordern.

Mikroevolution

Und die Batterietechnologie entwickelt sich rasant. Noch vor fünf Jahren wurden in Energiespeichersystemen hauptsächlich Blei-Säure-Batterien verwendet, die schwer, ineffizient und unsicher waren.

Dann kamen die Lithium-Eisenphosphat-Batterien (LFP), die durch Tesla bekannt wurden.

Die Branche setzt nun auf Lithium-Titan-Oxid (LTO), eine chemische Verbindung ohne Risiko des thermischen Durchgehens und mit einem hohen Sicherheitsprofil. ANA gehört zu den wenigen Unternehmen, die LTO sowohl in mobilen als auch in stationären Systemen einsetzen.

Moyer vergleicht den Wechsel von herkömmlichen chemischen Verfahren zu LTO mit dem Technologiesprung von frühen Smartphones zu modernen Modellen und beschreibt ihn als einen klaren Fortschritt der nächsten Generation.

Zu den weiteren sich schnell entwickelnden Technologien in Mikronetzen gehören Telemetrie und Fernsteuerung, die zu unverzichtbaren Bestandteilen moderner Systeme geworden sind.

Die Steuerung hat sich zum entscheidenden Unterscheidungsmerkmal von Energiespeichersystemen entwickelt und dient als intelligente Schicht, die Telemetrie, vorausschauende Wartung, Zeitplanung und Berichterstattung verwaltet.

Die Telemetrie ermöglicht Fehlererkennung, optimierte Ladestrategien und die Generierung verifizierter Daten zu CO2- und Kraftstoffeinsparungen.

Für Vermietungsunternehmen und Bauunternehmer ist dieser Grad an operativer Leistungsfähigkeit zu einem Schlüsselfaktor für den Gewinn großer Projekte geworden.

Kompakte Leistung

Moyer merkt an, dass KI auch den Betrieb von Mikronetzen beeinflussen wird, indem sie Lade- und Entladezyklen optimiert, den Bedarf prognostiziert und die Systemleistung weiter automatisiert.

Er fügt hinzu, dass die aktuellen Anwendungen nur die Anfänge dessen darstellen, was KI-gestützte Mikronetze letztendlich ermöglichen werden. Moyer ist außerdem überzeugt, dass technische Fortschritte die physische Gestaltung von Mikronetzen grundlegend verändern werden.

Batteriemodule tragen dazu bei, unnötige Leistungsredundanz in einem Mikronetzsystem zu eliminieren.

„Mit Blick auf die Zukunft erwarte ich, dass technische Fortschritte zu kleineren Stellflächen und höherer Dichte für Mikronetze führen werden. Beispielsweise werden wir die Komponenten, die derzeit in einen 40-Fuß-Container passen, in einen von vielleicht 20 Fuß komprimieren und Systeme vertikal stapeln, um Platz auf Rechenzentrumsgeländen zu sparen.“

Ungeachtet aller Fortschritte ist Moyer der Ansicht, dass derzeit nur Mikronetze den Anforderungen des Rechenzentrumsausbaus gerecht werden können.

„Jedes größere Rechenzentrumsprojekt ist heutzutage auf Mikronetze angewiesen“, sagt er, „insbesondere in Regionen wie Nord-Virginia, wo 80 % des weltweiten Datenverkehrs abgewickelt werden.“

„ Ohne Hybridsysteme, die Netzstrom, Generatorstrom und Batteriestrom kombinieren, lassen sich diese Anlagen schlichtweg nicht betreiben .“

Versorgung der nächsten Generation

Auf globaler Ebene ist das Wachstum beeindruckend, aber in den USA ist der Markt für Rechenzentren geradezu explodiert.

Er merkt an, dass der US-amerikanische Markt für Rechenzentren, der im Jahr 2024 einen Wert von rund 18 Milliarden US-Dollar hatte, bis 2027 voraussichtlich 30 Milliarden US-Dollar erreichen wird, und fügt hinzu, dass Europa einem ähnlichen Trend folgt, obwohl die europäischen Standorte tendenziell kleiner sind und einen höheren Anteil an Windenergie integrieren.

Laut Moyer rückt die Kernenergie wieder in den Fokus, da Betreiber nach neuen Wegen suchen, um den enormen Energiebedarf von KI-Systemen zu decken. Kleine modulare Reaktoren und Mikroreaktoren stoßen auf großes Interesse, sind aber noch einige Jahre von einem großflächigen Einsatz entfernt.

Moyer geht außerdem davon aus, dass Kernkraftwerke Mikronetze künftig ergänzen könnten, wobei Hybridsysteme die kernkraftbasierte Stromerzeugung ausgleichen und unterstützen. Solarenergie ist zwar wertvoll, aber derzeit für die meisten temporären Mikronetze noch nicht effizient genug.

Dennoch werden Diesel- und Batterie-Hybridsysteme in den nächsten fünf bis zehn Jahren weiterhin dominieren, bis Turbinen und kleine modulare Reaktoren wirtschaftlich rentabler werden.

Jede gewählte Energieoption ist mit Kosten verbunden. Jüngsten Schätzungen zufolge belaufen sich die durchschnittlichen Installationskosten für ein Batteriesystem bei 1.000 bis 1.500 US-Dollar pro kWh (inklusive Investitionskosten) für hochsichere Batterietechnologien wie LTO und LFP.

Hinzu kommt, dass für ein großes Gelände ein System im Wert von mehreren Millionen Dollar erforderlich sein könnte.

Dennoch boomt der Markt für Rechenzentren derzeit, und diese Kosten werden im Streben nach unterbrechungsfreier Stromversorgung problemlos in Kauf genommen.

Auch wenn es Unsicherheiten hinsichtlich zukünftiger Energiequellen geben mag, ist eine Pause beim Ausbau von Rechenzentren derzeit keine Option.

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Dieser Artikel wurde von KHL Content Studio in Zusammenarbeit mit Experten von ANA Inc. erstellt.

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Alle Bilder mit freundlicher Genehmigung von ANA Inc.

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