Microgrids in Rechenzentren: Verbesserte Widerstandsfähigkeit und Kosteneffizienz

Der steigende Strombedarf von Rechenzentren – eine Chance für Microgrids

Der Anschluss von Rechenzentren an das öffentliche Stromnetz wird zunehmend zur Herausforderung. Viele Energieversorger stoßen an ihre Kapazitätsgrenzen und können den wachsenden Bedarf an Strom und Netzinfrastruktur kurzfristig nicht decken. Zwar ist ausreichend Energie vorhanden, doch häufig fehlt die notwendige Verteilungsinfrastruktur, um sie rechtzeitig dorthin zu bringen, wo sie benötigt wird.

Die Folge sind erhebliche Verzögerungen bei Bauprojekten mit hohen Investitionsvolumina. So begleitete Ramboll beispielsweise ein großes Colocation-Unternehmen, dem vom zuständigen Versorger mitgeteilt wurde, dass die Bereitstellung der benötigten Stromkapazität fünf bis sieben Jahre dauern könne. Dennoch wurde mit dem Bau begonnen – im Vertrauen auf die zugesagte zukünftige Versorgung.

Um solche Risiken zu minimieren, rücken Microgrids zunehmend in den Fokus. Sie ermöglichen eine unabhängige, flexible Energieversorgung vor Ort und erhöhen gleichzeitig die Ausfallsicherheit des Standorts.

Wie Microgrids die Energieresilienz von Rechenzentren stärken

Technologische Fortschritte eröffnen Betreibern von Rechenzentren neue Wege in der Energieversorgung. Microgrids – lokale, unabhängige Energiesysteme – ermöglichen es, Strom direkt vor Ort zu erzeugen und flexibel zu steuern. Sie nutzen eine Kombination aus Energiequellen wie Gasturbinen, Brennstoffzellen, Batteriespeichern sowie Wind- und Solarenergie. Dadurch gewinnen Betreiber nicht nur mehr Kontrolle über ihre Energieversorgung, sondern sichern sich auch einen verlässlichen Zugang zu den benötigten Kapazitäten.

Zwar sind Microgrids kein neues Konzept, doch wurden sie lange Zeit überwiegend mit fossilen Brennstoffen betrieben. Heute steigt das Interesse deutlich, da moderne Systeme erneuerbare Energien effizient mit konventionellen, dezentralen Erzeugern kombinieren können. Diese Hybridansätze ermöglichen es, Versorgungssicherheit und Nachhaltigkeit miteinander zu verbinden – ein entscheidender Faktor für die Reduktion von Treibhausgasemissionen.

Gleichzeitig gilt: Microgrids sind nicht per se emissionsfrei. Technologien wie Brennstoffzellen oder Gasturbinen verursachen weiterhin Emissionen, wenn auch in geringerem Umfang als klassische Energiequellen. Um die Umweltbilanz weiter zu verbessern, setzen wir gezielt auf Maßnahmen wie die Abscheidung von Kohlendioxid (CO₂), wo immer dies technisch und wirtschaftlich sinnvoll ist.

Ein Beispiel: Bei der Stromerzeugung aus Wasserstoff in Brennstoffzellen entstehen neben Wasser auch CO₂-Emissionen, die wir möglichst erfassen und weiterverwerten. So unterstützen wir einige Kunden dabei, das abgeschiedene CO₂ in Lebensmittelqualität aufzubereiten – etwa für die Getränkeindustrie. In anderen Fällen wird das CO₂ transportiert und an geeigneter Stelle industriell genutzt.

Was sind die wichtigsten Energiequellen für Microgrids?

Wir untersuchen die Rolle von Microgrids bei der Stromerzeugung, da die Nachfrage nach Rechenzentren weiter steigt. Wir gehen auch auf die Notwendigkeit ein, dass diese Einrichtungen widerstandsfähig sind und die Umwelt weniger belasten, um die zunehmende Datenübertragung, -verarbeitung und -speicherung zu bewältigen, die für die heutige Gesellschaft erforderlich ist.

Die grüne Wasserstoffwirtschaft

Beim Übergang zu neuen Energiequellen für Gasturbinen und Generatoren steht Wasserstoff oft im Mittelpunkt. Obwohl Wasserstoff ein reichlich vorhandenes Element mit großem Potenzial für grüne Energie ist, kommt er in der Natur nur in gebundener Form vor. Die Kosten und Technologien, die nötig sind, um Wasserstoff in großem Maßstab zu trennen, zu speichern und zu transportieren, haben seine Nutzung bislang eingeschränkt. Folglich reicht der heutige Vorrat nicht aus, um Kraftwerke in einem kommerziellen Maßstab zu betreiben. Doch das ändert sich: Fortschritte im gesamten Wasserstoff-Ökosystem und ein zunehmendes globales Interesse an nachhaltigen Energielösungen treiben seine Verbreitung voran.

Outsourcing der Microgrid-Entwicklung

Rechenzentrumsbetreiber lagern die Entwicklung von Microgrids zunehmend aus, da die Stromerzeugung nicht zu ihren Kernkompetenzen gehört. Ein zentrales Problem dabei ist jedoch, dass Anbieter oft Schwierigkeiten haben, die benötigten Geräte rechtzeitig bereitzustellen – gerade um Verzögerungen auszugleichen, die durch Versorgungsunternehmen bei der Stromlieferung entstehen. In der Praxis kaufen daher manche Unternehmen Immobilien, obwohl die Stromversorgung noch nicht gesichert ist, und errichten anschließend ein Microgrid. Auf diese Weise schaffen sie Anreize für Rechenzentrumsbetreiber, die Immobilie zu nutzen und den Strom vom Microgrid zu beziehen.

Erneuerbare Energie

Erneuerbare Energiequellen wie Solar- und Windkraft ermöglichen den Betrieb grüner Microgrids. Ihre Nutzung ist jedoch aufgrund der erforderlichen Standortbedingungen und der Flächenbedarfe oft eingeschränkt. So benötigt eine Solaranlage beispielsweise etwa 10.000 Quadratmeter pro 100 Kilowatt (kW). Für ein Rechenzentrum mit einem Energiebedarf von 300 Megawatt (MW) würde das eine enorme Landfläche erfordern.

Ähnliche Herausforderungen bestehen bei der Offshore-Windenergie. Zwar gibt es in Staaten wie New York Offshore-Windparks, diese liegen jedoch oft weit vom Standort entfernt. Der Transport des Stroms an Land ist kostspielig, weshalb ein lokaler Anschluss notwendig wäre. Gleichzeitig benötigen Windturbinen mit Durchmessern von bis zu 500 Fuß auch vor Ort viel Platz, was die Installation direkt am Rechenzentrumsstandort erschwert.

Brennstoffzellen- und Dampfturbinenanlagen

Dampfturbinen- und Brennstoffzellenanlagen bieten die höchste Energiedichte pro Quadratmeter. Brennstoffzellenanlagen bestehen üblicherweise aus Leistungsblöcken mit 300 bis 500 Kilowatt. Für einen Standort mit einem Energiebedarf von 250 MW wären demnach rund 5.000 Brennstoffzellenblöcke erforderlich. In der Regel werden diese Anlagen auf einer Ebene installiert, was eine große Stellfläche erfordert. Neuere Konzepte setzen jedoch auf die Platzierung der Blöcke auf mehreren Stahlebenen, um mehr Leistung auf einem Grundstück unterzubringen und die für den Betrieb eines Rechenzentrums erforderliche Energie effizient bereitzustellen.

Sowohl Dampfturbinen- als auch Brennstoffzellenanlagen benötigen Mittel- bis Hochdruck-Erdgas von einem Versorgungsunternehmen. Mit geeigneten Emissionskontrollen können solche Anlagen eine sauberere Stromerzeugung bieten als viele herkömmliche Versorgungsunternehmen.

Die Umstellung auf Wasserstoff als Brennstoff ist eine kostspielige, aber klimafreundliche Option. Während die meisten Anlagen eine Beimischung von bis zu 20 % Wasserstoff zu Erdgas vertragen, erfordert eine vollständige Umstellung umfangreiche Anpassungen. Um die kritische Last während des Übergangs aufrechtzuerhalten, müsste ein neues Wasserstoff-Rohrleitungssystem installiert und die Anlagen schrittweise umgestellt werden. So lassen sich Redundanzprobleme und Risiken für die Anlage minimieren.

Der Strommarkt hat sich in den letzten Jahren stark verändert. Der Strombezug erfolgt zunehmend nicht mehr über das Versorgungsunternehmen, sondern über eigene Anlagen. Stromabnahmevereinbarungen (Power Purchase Agreements, PPA) mit Drittanbietern bieten heute die Möglichkeit, Anlagen zuverlässig, wirtschaftlich und umweltfreundlich zu betreiben. Sie erfüllen zugleich die wachsenden ESG-Anforderungen, die voraussichtlich künftig verbindlich werden.