Nachhaltige Integration von Rechenzentren in regenerative Energienetze
Projektlaufzeit: 01.06.2022 bis 31.03.2023
Auftraggeber: E.ON SE
Projektpartner (Konsortialpartner und assoziierte Partner): Institute for Energy Efficient Buildings and Indoor Climate (EBC)
Neben den Datennetzen stellen Rechenzentren eine Basisinfrastruktur der Digitalisierung dar. In den vergangenen zehn Jahren wurden die Rechenzentrumsinfrastrukturen weltweit und in Deutschland stark ausgebaut. Trotz signifikanter Steigerungen der Energieeffizienz ist daher der jährliche Strombedarf von Rechenzentren in Deutschland zwischen 2010 und 2020 um 60 % auf über 16 TWh gestiegen. Es ist zu erwarten, dass die Zahl der Rechenzentren im kommenden Jahrzehnt weiter zunehmen wird und damit auch ihr Energie- und Ressourcenverbrauch. Um dieser Herausforderung zu begegnen, hat sich die Europäische Kommission das Ziel gesetzt, dass europäische Rechenzentren bis 2030 klimaneutral betrieben werden. Dies bringt einige Herausforderungen für den Bau und Betrieb von Rechenzentren mit sich, insbesondere in Deutschland, wo fossile Energieträger immer noch einen hohen Anteil an der Stromerzeugung ausmachen. Es ist daher notwendig, diese Herausforderungen und auch mögliche Lösungen für klimaneutrale Rechenzentren zu untersuchen und eine sinnvolle Einbindung in die Strom- und Wärmenetze und den Einsatz alternativer Versorgungskonzepte zu prüfen.
Um die nachhaltige Integration von Rechenzentren in die Strom- und Wärmenetze zu unterstützen, werden in diesem Projekt verschiedene Perspektiven auf das Energiesystem von Rechenzentrum und dessen Integration in übergeordnete Energienetze eingenommen. Dazu werden die Prognosen für den Zubau von Rechenzentren und die Ausbauziele der Deutschen Bundesregierung für erneuerbare Energien mit dem Ziel der EU-Kommission, bis 2030 Klimaneutralität bei Rechenzentren zu erreichen, abgeglichen. Es werden verschiedene Varianten mit unterschiedlichen Technologien zur Energieversorgung von Rechenzentren auf lokaler Energiesystemebene definiert und berechnet. Die Ergebnisse werden als Input für ein übergeordnetes Strommarktmodell und eine techno-ökonomische Analyse verwendet, mit dem Ziel, das Flexibilitätspotenzial von Rechenzentren in Deutschland zu bestimmen.
Methodisch werden dazu Literaturrecherchen durchgeführt, exemplarische Optimierungsrechnungen unter verschiedenen, dynamischen Randbedingungen durchgeführt, die Gleichzeitigkeit zwischen erneuerbaren Energien im Stromnetz und der Nachfrage von Rechenzentren analysiert und ein übergeordnetes Marktmodell weiterentwickelt, um verschiedene Entwicklungsszenarien zu generieren. Die Teilziele des Projektes sind wie folgt definiert:
- Analyse der politischen Rahmenbedingungen, die die nachhaltige Integration von Rechenzentren in die Energienetze in den kommenden Jahren beeinflussen werden
- Bestimmen des Status Quos der Energiesysteme von Rechenzentren
- Analyse des Angebots an erneuerbaren Energien im Stromnetz im Hinblick auf die Anforderungen von Rechenzentren
- Entwicklung eines Konzepts "Klimaneutrales Rechenzentrum der Zukunft" unter besonderer Berücksichtigung der Flexibilität der Energieversorgung und der optimalen Abwärmeauskopplung unter verschiedenen Randbedingungen
- Strommarktmodellierung zur Quantifizierung des wirtschaftlichen Potenzials der Nutzung des flexiblen Stromverbrauchs von Rechenzentren für die Stabilisierung des Stromsystems und die Integration von Überschussstrom aus erneuerbaren Energien
- Erstellung einer Potenzialkarte mit Niedertemperaturwärmenetzen, Erneuerbare-Energien-Erzeugung und Glasfasernetztrassen zur Bestimmung der Standortgüte für nachhaltige Rechenzentren in Deutschland