Aussichten für die ökologische Nachhaltigkeit globaler Rechenzentren
Der globale Rechenzentrumssektor hat schätzungsweise einen Anteil von etwa 416 Terawatt, was etwa 3 Prozent des gesamten Energiebedarfs entspricht. In Südostasien besteht eine große Nachfrage und der Energiebedarf steigt, da die Länder der Region ihre Rechenzentrumsinfrastruktur erweitern.
Bedenken hinsichtlich der Umweltauswirkungen von Rechenzentren haben einige Länder und Stadtstaaten dazu veranlasst, Beschränkungen für den Bau neuer Anlagen zu verhängen. So hat Singapur beispielsweise im Jahr 2019 den Bau neuer Rechenzentren eingestellt. Dieses Moratorium ist nun vorbei – doch neue Rechenzentren können nur noch „mit der besten Ressourceneffizienz ihrer Klasse“ gebaut werden.
Der Druck, die Umweltleistung von Rechenzentren zu verbessern, kommt nicht nur von Regierungen und Regulierungsbehörden. Betreiber von Hyperscale-Rechenzentren wie Google (Alphabet), Apple, Facebook (Meta), Amazon und Microsoft (GAFAM) streben zunehmend nach Verbesserungen. Im vergangenen Jahr hat sich Google Data Centers das Ziel gesetzt, alle seine Cloud-Rechenzentren bis 2030 rund um die Uhr mit CO2-freier Energie zu versorgen.
Doch was bedeutet die Umstellung auf sauberere, nachhaltigere Anlagen für Geräte wie Dieselgeneratoren?
Es ist zu beachten, dass Generatoren in Rechenzentren keine großen CO2-Emissionen verursachen, da sie selten und nur für kurze Zeiträume verwendet werden. Allerdings versprechen Dieselgeneratoren durch Generatoroptimierung, Reduzierung der regelmäßigen Feldtests und den Einsatz von Abgasnachbehandlung und Biokraftstoffen immer noch eine verbesserte Umweltleistung.
Entwicklung eines Fahrplans für nachhaltige Entwicklung
Im Großen und Ganzen umfassen Rechenzentren in Südostasien drei große Energiegruppen: Stromerzeugung vor Ort oder Versorgungsunternehmen, Anlagensysteme wie Kühlung und Stromverteilung sowie IT-Systeme. Verbesserungen in jedem dieser Bereiche können erheblich zu mehr Nachhaltigkeit beitragen.
Generatoren gehören zur ersten Gruppe und stellen eine betriebskritische Stromerzeugung vor Ort dar, hauptsächlich aus Diesel, manchmal aber auch aus Erdgas. Betreiber von Tier-1-Rechenzentren in Ländern wie Singapur, Südkorea und Japan spezifizieren Generatoren mit höherer Leistung, um ihre Betriebseffizienz zu steigern und Kosten zu senken.
Ein 4-MW-Dieselgeneratorsatz liefert den Großteil der erforderlichen Notstromversorgung. Sie bieten eine äußerst zuverlässige Reaktion auf Stromausfälle im lokalen Übertragungsnetz. Größere Stromknoten bieten hohe Leistung auf kleinem Raum – entscheidend, wenn Platz knapp ist. Darüber hinaus ist Diesel in den meisten Regionen weit verbreitet und kann sicher vor Ort gelagert werden, während Ersatzteile und Reparaturen für Generatoren problemlos organisiert werden können.
Aufgrund dieser geschäftskritischen Rolle werden sie nur selten eingesetzt, wodurch die Kohlendioxidemissionen begrenzt werden. Dennoch sind sich die Hersteller der Notwendigkeit bewusst, die Umweltleistung kontinuierlich zu verbessern und dadurch die Generatoren deutlich zu optimieren.
Beispielsweise sind Kohler-Generatoren so konstruiert, dass sie alle relevanten Emissionsstandards in Südostasien und anderen wichtigen Regionen, einschließlich Europa und den Vereinigten Staaten, erfüllen. Diese Konformität kann durch ein hochoptimiertes internes Generatordesign und Nachbearbeitung erreicht werden.
Fortschritte bei der Generatorwartung
Viele Betreiber von Dieselgeneratoren erleben häufig „nasse Ablagerungen“, bei denen nicht ausreichend verbrannte Gase aus dem Abgassystem entfernt werden. Dies führt zu einer Verschlechterung der Generatorleistung und einer drastischen Verkürzung seiner Nutzungsdauer und kann auch zu Verstößen gegen Emissionsvorschriften führen. Dies tritt vor allem dann auf, wenn Generatoren häufig mit geringer oder keiner Last laufen, weil die Generatoren im Rechenzentrum nicht für die erforderliche Leistung ausgelegt sind oder weil im Betrieb nicht immer genügend Last zur Verfügung steht.
Der wirksamste Weg, einen nassen Stapel während des monatlichen Trainings zu vermeiden, besteht darin, den Generator mit der empfohlenen Mindestlast laufen zu lassen. Da die Betreiber von Rechenzentren jedoch nicht auf Gebäudelasten umsteigen möchten, ist in den monatlichen Verfahren die Verwendung von Lastbehältern erforderlich, die zur Ergänzung oder Durchführung von Lastwartungsaktivitäten verwendet werden können. Das Lastbank Der Test dient dazu, die Belastung des Generators künstlich zu erhöhen, um die angesammelte Last zu verbrennen.
Viele Anlagen verfügen über Lastreserven, die auf vor vielen Jahren erstellten Wartungsplänen basieren. Bei modernen Dieselgeneratorkonstruktionen kommen heute verschiedene Techniken zum Einsatz, um die Betriebseffizienz zu verbessern und den Spalt zwischen Kolben und Kolbenringen zu verringern, sodass unverbrannter Kraftstoff entweichen kann. In Kombination mit Weiterentwicklungen wie Common-Rail-Systemen reduziert dieser Fortschritt die Bewegungsbelastung durch die Einbeziehung von Verbrennungsgasen und die Förderung der Bildung von Hohlladungen.
Die Einsparungen durch die Umstellung von monatlichen auf jährliche Belastungstests sind erheblich. Beispielsweise verbraucht ein 3250-kW-Lastbankzyklus, der 30 Minuten pro Monat läuft, ungefähr 660 Gallonen Dieselkraftstoff und stößt 186 Pfund Schadstoffe pro Jahr aus. Im Vergleich dazu verbraucht derselbe monatliche Leerlauf weniger als 300 Gallonen pro Jahr, wodurch die gesamten Schadstoffemissionen pro Pfund um etwa 82 % pro Jahr reduziert werden.
Erneuerbare Biokraftstoffe kommen in den Mix
Ein weiterer Bereich des Umweltfortschritts ist die Einführung der neuesten erneuerbaren Kraftstoffe wie hydrierte Pflanzenöle (HVO), die häufig paraffinische, biobasierte Flüssigkraftstoffe enthalten, die aus vorhandenen landwirtschaftlichen Rohstoffen wie Raps-, Sonnenblumen- und Sojaöl hergestellt werden. Dabei handelt es sich um geradkettige Kohlenwasserstoffe, die frei von Aromaten, Sauerstoff und Schwefel sind und hohe Cetanzahlen liefern können.
Wichtig ist, dass HVO eine einfache und effiziente Lösung für erneuerbare Energien darstellt, die bis zu 90 % kohlenstoffneutral ist. Sie sind einfacher zu lagern als Biodiesel und bieten eine Plug-in-Lösung, die in herkömmlichen Dieselgeneratoren verwendet werden kann.
Um den Übergang zu erleichtern, kann es auch mit Diesel gemischt werden. Daher sind viele der Diesel-Industriegeneratoren von Kohler bereits mit paraffinischen synthetischen HVO-Biokraftstoffen kompatibel.
Batterien und Brennstoffzellen
Was ist mit schrittweisen revolutionären Lösungen wie Batterien und Brennstoffzellen?
Eine mögliche Lösung könnten Batterien im Versorgungsmaßstab sein, die auf Fortschritten in der Lithium-Ionen-Technologie basieren und mit erneuerbaren Energiequellen kombiniert werden. Einige Hyperscaler arbeiten an Batteriesystemen im Megawatt-Maßstab.
Interessanterweise könnten Technologien zur Nutzung erneuerbarer Energien und zur Speicherung potenziell auch in Netzdienstleistungsanwendungen eingesetzt werden – Batterien vor Ort in Einrichtungen wie Rechenzentren könnten Versorgungsunternehmen dabei helfen, Netzschwankungen zu bewältigen. Zu den Herausforderungen bei batteriebasierten Systemen zählen Zuverlässigkeit, Qualität und Kosteneffizienz. Es werden jedoch Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten durchgeführt, um diese Bedenken auszuräumen.
Auch als umweltfreundliche Notstromlösung stellen Wasserstoff-Brennstoffzellen eine spannende Technologie dar. Ebenso implementieren Rechenzentrumsbetreiber und ihre Industriepartner Machbarkeitsnachweise für Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen, die Wasserstoff und Sauerstoff kombinieren, um Wasserdampf und Elektrizität zu erzeugen. In einem Experiment wurde ein 250-Kilowatt-Brennstoffzellensystem verwendet, um eine Reihe von Rechenzentrumsservern 48 Stunden lang kontinuierlich mit Strom zu versorgen.
Die Herausforderungen für Wasserstoff liegen in der Skalierbarkeit und den Kosten. Schätzungsweise werden 100 Tonnen Wasserstoff benötigt, um IT-Geräte mit einer Leistung von 30 MW 48 Stunden lang zu betreiben. Ein Lieferwagen kann zwei Tonnen Wasserstoff transportieren, sodass bei einem zweitägigen Ausfall etwa 50 Wasserstofflieferungen erforderlich wären. Wasserstoff bleibt jedoch eine spannende Möglichkeit und Kohler entwickelt den Prototyp eines 60-kW-Wasserstoffgenerators auf Basis der Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellentechnologie.
Rechenzentren der nächsten Generation in Südostasien müssen umweltfreundlicher und nachhaltiger sein als je zuvor. Dieser Wandel könnte durch kontinuierliche Fortschritte an mehreren Fronten erreicht werden – von neuen Wartungsstrategien und der Einführung erneuerbarer Brennstoffe bis hin zur Verwendung moderner Brennstoffzellen und Batterien, um die Realisierung nachhaltigerer Rechenzentren zu unterstützen.
