Mit dem rasanten Ausbau von KI und Cloud-Diensten steigt der Energiebedarf von Rechenzentren. Unter bestimmten technischen und betrieblichen Voraussetzungen könnten sie jedoch durch eine flexible Stromnutzung zur Entlastung des Stromnetzes beitragen. Welche Möglichkeiten bestehen?
Rechenzentren gehören zu den größten Stromverbrauchern der digitalen Wirtschaft. Unter bestimmten Voraussetzungen können sie durch eine flexible Stromnutzung dazu beitragen, das Stromnetz zu entlasten. Dabei sind jedoch die technischen Möglichkeiten und die Anforderungen an einen sicheren Betrieb entscheidend.
Der Strombedarf von Rechenzentren steigt rasant. Cloud-Dienste, Künstliche Intelligenz und die zunehmende Digitalisierung treiben den Ausbau von Serverkapazitäten voran. Gleichzeitig verändert sich die Stromversorgung: Wind- und Solarenergie liefern zwar immer größere Mengen elektrischer Energie, jedoch abhängig von Wetter und Tageszeit. Damit wächst die Bedeutung flexibler Verbraucher. Welche Flexibilität tatsächlich zur Verfügung steht, hängt jedoch stark vom jeweiligen Rechenzentrum, seinen Anwendungen und dem Betriebsmodell ab.
Rechenlast wird zur flexiblen Größe
Eine solche Flexibilität könnten Rechenzentren bieten. Denn nicht jede Rechenaufgabe muss zu einem exakt festgelegten Zeitpunkt stattfinden. KI-Training, wissenschaftliche Simulationen, Rendering und andere Batch-Prozesse lassen sich unter bestimmten Voraussetzungen pausieren, verschieben oder an andere Standorte verlagern. Insbesondere bei KI-Trainingsprozessen und anderen zeitlich planbaren Rechenaufgaben kann der Stromverbrauch an das verfügbare Energieangebot angepasst werden.
Bei Colocation-Rechenzentren liegt die Steuerung der IT-Last hingegen in der Regel beim jeweiligen Kunden. Der Betreiber kann den Strombedarf der dort betriebenen Systeme deshalb nicht beliebig beeinflussen. Ob und in welchem Umfang Lasten verschoben oder reduziert werden können, hängt von den jeweiligen Anwendungen, vertraglichen Vereinbarungen und technischen Voraussetzungen ab. Steht ausreichend erneuerbare Energie zur Verfügung und passen die lokalen Netzbedingungen, kann zusätzliche Rechenleistung gezielt in geeignete Zeitfenster verlagert werden. Bei hoher Netzbelastung kann eine Reduzierung des Stromverbrauchs dort sinnvoll sein, wo die IT-Prozesse dies zulassen und eine tatsächliche Entlastung des Netzes erreicht werden kann. Damit entwickeln sich Rechenzentren perspektivisch zu einem Teil eines intelligent gesteuerten Energiesystems.
Energiemanagementsysteme könnten den Strombedarf, die Netzsituation, die Strompreise und die verfügbare Rechenkapazität miteinander verknüpfen und innerhalb definierter technischer und betrieblicher Grenzen entscheiden, welche Workloads wann ausgeführt werden. Auch Batteriesysteme können einen Beitrag leisten. Dabei ist jedoch zwischen einer unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV), die kritische IT-Systeme bei Störungen und Ausfällen absichert, und Batteriespeichern zu unterscheiden, die gezielt zur Unterstützung des Stromnetzes eingesetzt werden. Eine USV erfüllt in erster Linie eine sicherheitskritische Funktion und darf nicht ohne Weiteres als flexibel verfügbarer Netzspeicher betrachtet werden. Batteriespeicher können – sofern sie dafür technisch ausgelegt, entsprechend dimensioniert und in ein geeignetes Betriebskonzept eingebunden sind – kurzfristige Schwankungen ausgleichen und zeitliche Unterschiede zwischen Strombezug und Strombedarf überbrücken.
Wo Echtzeit und Verfügbarkeit Grenzen setzen
Allerdings sind der Flexibilität Grenzen gesetzt. Echtzeitanwendungen, kritische IT-Systeme und Prozesse mit hohen Anforderungen an die Verfügbarkeit oder Latenz lassen sich nicht beliebig verschieben. Auch Kühlung, Hardware und Datenübertragung müssen bei häufigen Laständerungen berücksichtigt werden.
Darüber hinaus wirken sich Veränderungen der IT-Last auf die gesamte technische Infrastruktur aus. Kälteanlagen müssen auf veränderte Wärmelasten und Betriebszustände ausgelegt sein. USV-Anlagen, Netzersatzanlagen, Schaltanlagen, Transformatoren und weitere elektrische Komponenten müssen auch bei schwankenden Lasten zuverlässig funktionieren. Regelungs- und Schutzkonzepte sind so abzustimmen, dass die geforderte Redundanz und Versorgungssicherheit jederzeit gewährleistet sind.
Eine flexible Stromnutzung darf niemals zulasten der Verfügbarkeit oder der Ausfallsicherheit eines Rechenzentrums gehen. Die entsprechenden technischen Voraussetzungen müssen daher bereits in der Konzeption, Dimensionierung und Auslegung der gesamten Infrastruktur berücksichtigt werden. Dazu gehören geeignete Betriebsstrategien ebenso wie die Abstimmung von IT-Lasten, Kühlung, USV, Netzersatzanlagen und elektrischer Energieversorgung. Als besonders relevant erweist sich zudem der Standort. Für das Stromnetz macht es einen Unterschied, ob ein Verbraucher flexibel reagiert, wenn tatsächlich ein Engpass besteht. Ein günstiger Strompreis oder ein hohes Angebot erneuerbarer Energien bedeutet noch nicht automatisch, dass der Strombezug eines Rechenzentrums einen lokalen Netzengpass reduziert. Ausschlaggebend sind die konkrete Netzsituation, der Zeitpunkt und der Ort des Strombezugs sowie die tatsächlichen Möglichkeiten, die Last netzdienlich zu verändern. Künftige Rechenzentren könnten daher eher an Standorten mit ausreichender Netzkapazität und guter Anbindung an erneuerbare Energien errichtet werden.
Eine zentrale Herausforderung besteht allerdings darin, dass die benötigte Netzanschlussleistung bei vielen neuen Rechenzentrumsprojekten nicht rechtzeitig zur Verfügung steht – teilweise erst nach mehreren Jahren. Die Verfügbarkeit eines geeigneten Netzanschlusses wird damit zu einem wesentlichen Engpass für die Realisierung neuer Rechenzentrumskapazitäten.
Was Betreiber für netzdienliche Flexibilität brauchen
Wenn die Strompreise und die Marktmechanismen entsprechende Anreize schaffen, lässt sich der Betrieb stärker an das verfügbare Energieangebot anpassen. Voraussetzung dafür sind jedoch geeignete regulatorische Rahmenbedingungen und verlässliche Vergütungsmodelle. Wirtschaftliche Anreize allein reichen nicht aus. Maßnahmen zur Flexibilisierung müssen zur konkreten Netzsituation passen und dürfen weder die betrieblichen Anforderungen noch die Versorgungssicherheit gefährden.
Das Rechenzentrum der Zukunft könnte somit mehr sein als ein großer Stromverbraucher. Seine Rechenleistung wäre dann nicht nur eine digitale Ressource, sondern auch eine flexible Last. Je stärker Stromerzeugung und -verbrauch schwanken, desto wichtiger wird die Fähigkeit, geeignete Rechenprozesse intelligent zu steuern. Voraussetzung dafür ist eine ganzheitliche Betrachtung, die den IT-Betrieb, die Energieversorgung und die technische Infrastruktur gleichermaßen einbezieht. Spezialisierte Generalunternehmer planen und realisieren beispielsweise die gesamte technische Infrastruktur von Rechenzentren. Deshalb müssen Themen wie Energieeffizienz, Versorgungssicherheit, Netzanschlussleistung und mögliche Flexibilität bereits bei der Konzeption und Auslegung zusammengeführt werden. So können sich flexible Rechenzentren zu einem Bindeglied zwischen wachsendem Digitalbedarf und der Energiewende entwickeln. Ihr Beitrag zur Netzstabilität hängt jedoch davon ab, welche Lasten tatsächlich steuerbar sind, welche Netzbedingungen vor Ort bestehen und wie konsequent die erforderlichen technischen Voraussetzungen bereits in der Planungs- und Realisierungsphase berücksichtigt werden.
