Strom sparen in Serverraum und Rechenzentrum

Noch bis Anfang des Jahres beherrschte die „Fridays for Future“-Bewegung und mit ihr der Klimawandel die Schlagzeilen. Doch dann kam die durch das Virus SARS-CoV-2 ausgelöste weltweite Krise und die Prioritäten verschoben sich. Themen wie Gesundheitsschutz und Homeoffice drängten in den Vordergrund. Erst als vielerorts aufgrund der zurückgegangenen Mobilität die Luft besser wurde und der Smog verschwand, kehrten auch die Themen Nachhaltigkeit und der Schutz der Umwelt wieder in die öffentliche Diskussion zurück.

Die Krise hat nicht nur in vielen Regionen die Luft verbessert, sondern auch den Strommarkt durcheinandergewirbelt. Und das hat durchaus auch Auswirkungen auf den Betrieb von Rechenzentren.

Zwei wichtige Parameter stellen sich wie folgt dar: Einerseits ist der Gesamtenergieverbrauch in vielen Ländern in den vergangenen Monaten deutlich gesunken. Andererseits lag der Anteil der erneuerbaren Energien am Stromverbrauch in Deutschland erstmals bei rund 52 Prozent, wie der Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft (BDEW) mitgeteilt hat.

Grund dafür war, dass der Verbrauch vor allem in der Industrie eingebrochen ist, da viele Fabriken ihre Produktion drosseln oder komplett herunterfahren mussten. Das wiederum wirkte sich zum Vorteil der Betreiber von Windkraft- und Solaranlagen aus, weil sie ihren Strom nach dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) vorrangig in die Netze einspeisen dürfen.

Wie zu erwarten war, sind durch die reduzierte Nachfrage mittlerweile die Strompreise gesunken. Das hängt nach Angaben des BDEW aber auch damit zusammen, dass bereits beschaffte und nun überflüssige Mengen wieder in den Markt zurückgelangt sind. Großunternehmen decken sich meist bereits im Vorfeld mit Strom für die kommenden Jahre ein. Diesen haben sie nun nicht benötigt, sodass sie die Kontingente wieder veräußern mussten. Das Überangebot führte dann ebenfalls zu niedrigeren Preisen.

Diese Situation hat für die betroffenen Unternehmen aber auch Vorteile. So können sie sich jetzt mit günstigem Strom für die nächsten Jahre eindecken.

Einen besonders großen Bedarf an Energie haben neben der Industrie die Rechenzentren und die in ihnen untergebrachten Server. „Wäre das Internet ein Land, so hätte es weltweit den sechstgrößten Stromverbrauch“, bringt es beispielsweise Niklas Schinerl, Greenpeace-Experte für Energie, auf anschauliche Weise auf den Punkt.

Insbesondere der Bedarf an sauberem Strom wächst Schinerl zufolge rasant. „Wir brauchen ihn zum Betanken von Elektroautos, zum Heizen unserer Wohnungen ohne Gas, Öl oder Kohle - und nicht zuletzt für die fortschreitende Digitalisierung.“ Es sei deswegen höchste Zeit, das Energiesystem umzubauen.

In Deutschland gibt es mehrere Zehntausend Rechenzen­tren. Besonders viele von ihnen befinden sich in Frankfurt am Main, weil dort der DE-CIX (Deutsche Commercial Internet Exchange) untergebracht ist. An diesem weltgrößten Internetknoten wurde Anfang März dieses Jahres erstmals ein Durchsatz von mehr als 9,1 Terabit pro Sekunde gemessen. Das entspricht nach Angaben des Betreibers, der DE-CIX Management GmbH, einer Übertragung von über zwei Millionen HD-Videos gleichzeitig beziehungsweise einer Datenmenge von etwa zwei Milliarden beschriebenen DIN-A4-­Seiten pro Sekunde.

Wenige Monate zuvor, im Dezember 2019, lag der Durchsatz noch bei 8 Terabit pro Sekunde. Während sich der durchschnittliche Traffic laut DE-CIX um etwa 10 Prozent erhöht hat, gab es vor allem bei den durch Videokonferenzen verursachten Daten einen Anstieg um etwa 50 Prozent. Außerdem verzeichnete der Betreiber eine Zunahme des Datenverkehrs von 25 Prozent durch das Online- und Cloud-Gaming. Und all diese Entwicklungen schlagen sich auch in einem erhöhten Stromverbrauch in den Rechenzentren der Betreiber nieder.

Insgesamt verbrauchen die Rechenzentren in Frankfurt nach Berechnungen des Berliner „Tagesspiegel“ etwa 20 Prozent des gesamten benötigten Stroms in der Finanzmetropole. Dieser hohe Bedarf ist nicht nur aus Kostengründen ein Problem. Die Server in den Rechenzentren produzieren fortlaufend Abwärme, die abgeführt werden muss. Der Großteil verpufft bislang ungenutzt. Es gibt aber schon erste Projekte, bei denen versucht wird, die produzierte Abwärme einer anderen Nutzung zuzuführen.

Nach Angaben des Netzwerks energieeffiziente Rechenzentren (NeRZ) werden in Rechenzentren in Deutschland bislang etwa 13 Milliarden Kilowattstunden (kWh) Strom in Wärme umgewandelt, die meist ungenutzt an die Umgebung abgegeben wird. 50 Prozent der vom NeRZ in Zusammenarbeit mit eco - Verband der Internetwirtschaft befragten Rechenzentrumsbetreiber sehen jedoch für die Zukunft hohe Potenziale für eine Nutzung dieser Wärme. So können sie sich vorstellen, sie beispielsweise für die Beheizung von Wohnhäusern, Schwimmbädern, Wäschereien oder Gewächshäusern zu verwenden.

Doch wo genau wird in einem Rechenzentrum der Strom verbraucht? Laut der vor ein paar Jahren vom amerikanischen Lawrence Berkeley National Lab veröffentlichten Studie „United States Data Center Energy Usage Report“ entfallen im Schnitt 43 Prozent des Strombedarfs in den Rechenzentren auf die Bereiche Kühlung und Energieversorgung. Weitere 43 Prozent werden für den Betrieb der Server benötigt, 11 Prozent für den Storage und nur 3 Prozent für den Betrieb der Netzwerke.

Vor Kurzem hat das Labor eine weitere Studie in der Zeitschrift „Science“ veröffentlicht. In „Recalibrating global Data Center Energy-use Estimates“ schreiben die Autoren, dass die Rechenleistung zwischen 2010 und 2018 um etwa 600 Prozent gestiegen ist, der Energiebedarf aber im selben Zeitraum nur um 6 Prozent zugelegt hat. Das bedeutet, dass es den Betreibern bereits in den vergangenen Jahren durchaus gelungen ist, die Energieeffizienz zu steigern.