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Ohne Strom keine KI und kein IoT

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Ohne Strom keine KI und kein IoT

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Unter der Überschrift: „Rechenzentren am Rande des Stromausfalls“ warnt das RND in einem Beitrag vom 18.11.2024 vor der Mangelversorgung von Rechenzentren in Deutschland mit Energie.

Dort heißt es:

Deutschland soll Europameister bei der künstlichen Intelligenz (KI) werden – dieses Ziel hat Robert Habeck jüngst auf dem Digital-Gipfel der Bundesregierung ausgegeben. Damit das klappen kann, muss der grüne Wirtschaftsminister allerdings in Vorleistung treten und die notwendige Stromversorgung organisieren. Denn schon jetzt gibt es in Deutschlands Rechenzentren eine sehr spezielle Spielart der Energiekrise.

Frankfurt, die Bundeshauptstadt der Rechenzentren, und das weitere Umland sind am Limit: „Wir sehen in Deutschland eine Herausforderung beim Ausbau des Stromnetzes“, sagte Kilian Wagner vom Digitalverband Bitkom dem RedaktionsNetzwerk Deutschland (RND). Es sei inzwischen sehr schwierig, in der Rhein-Main-Region neue Rechenzentren umzusetzen, weil das Stromnetz an seine Grenzen komme. „Wer dort ein größeres Rechenzentrum bauen möchte, muss mindestens bis 2030 warten.“

Stromverbrauch von Rechenzentren in Deutschland

  1. Aktueller Verbrauch:

    • Der Stromverbrauch von Rechenzentren in Deutschland lag 2022 bei etwa 18 TWh (Terawattstunden). Das entspricht etwa 3,5–4 % des gesamten Stromverbrauchs in Deutschland.
    • Der Verbrauch steigt jährlich um etwa 5–10 %, getrieben durch den Ausbau von Cloud-Diensten, KI-Anwendungen und IoT-Technologien.
  2. Größere Datencenter in Ballungsräumen:

    • Frankfurt (als Sitz des DE-CIX, des weltweit größten Internetknotens) ist ein wichtiger Standort mit zahlreichen großen Rechenzentren. Andere Städte wie Berlin, München und Hamburg folgen.
  3. Energiequellen:

    • Ein Großteil des Stroms stammt aus dem öffentlichen Stromnetz, wobei viele Betreiber versuchen, auf erneuerbare Energien umzusteigen, um die CO₂-Bilanz zu verbessern.

Warum ist der Stromverbrauch zentral für die wirtschaftliche Entwicklung?

  1. Digitale Wirtschaft als Wachstumsmotor:

    • Bedeutung von Rechenzentren: Sie sind das Rückgrat moderner Wirtschaftssektoren wie E-Commerce, Banken, Gesundheitswesen und Industrie 4.0.
    • Ohne leistungsfähige Rechenzentren wären Cloud-Computing, Künstliche Intelligenz (KI), Big Data oder Blockchain-Anwendungen nicht möglich.
  2. Wettbewerbsfähigkeit Deutschlands:

    • Länder mit zuverlässigen und energieeffizienten Rechenzentren sind attraktiv für internationale Technologieunternehmen.
    • Der Standort Deutschland könnte gefährdet sein, wenn Stromkosten und regulatorische Auflagen den Betrieb von Rechenzentren unverhältnismäßig verteuern.
  3. Kosten und Energieeffizienz:

    • Hohe Energiekosten: Die Betriebskosten von Rechenzentren werden wesentlich durch die Stromkosten bestimmt. Deutschland hat im Vergleich zu anderen Ländern (z. B. Skandinavien, Irland) relativ hohe Strompreise, was zu einem Wettbewerbsnachteil führen könnte.
    • Betreiber suchen daher nach innovativen Lösungen, wie der Nutzung von Abwärme oder besseren Kühltechnologien, um den Energieverbrauch zu senken.
  4. Nachhaltigkeit und Energiepolitik:

    • Klimaneutralität: Die deutsche Regierung fordert von der IT-Branche eine Umstellung auf erneuerbare Energien und nachhaltige Technologien, um die Klimaziele zu erreichen.

Andere Länder ergreifen unterschiedliche Maßnahmen, um den steigenden Strombedarf von Rechenzentren zu decken und gleichzeitig Nachhaltigkeitsziele zu erreichen.

Förderung erneuerbarer Energien

  • Skandinavische Länder (z. B. Norwegen, Schweden):

    • Nutzung von Wasserkraft als Hauptenergiequelle für Rechenzentren, da sie zuverlässig und CO₂-arm ist.
    • Unternehmen wie Facebook und Google betreiben Rechenzentren in Schweden und Norwegen, um von günstigen, erneuerbaren Energien zu profitieren.
    • Rechenzentren werden oft in kühleren Regionen gebaut, um natürliche Kühlung zu nutzen und Energie zu sparen.
  • USA:

    • Hyperscaler wie Google, Microsoft und Amazon investieren in Solar- und Windparks, um ihre Rechenzentren klimaneutral zu betreiben.
    • Google hat sich verpflichtet, bis 2030 zu 100 % mit CO₂-freier Energie zu arbeiten.

Nutzung von Abwärme

  • Dänemark:

    • Rechenzentren in Dänemark speisen Abwärme direkt in städtische Fernwärmenetze ein, um Haushalte und Gebäude zu beheizen.
    • Beispiel: Apples Rechenzentrum in Viborg versorgt lokale Gemeinden mit Abwärme.
  • Niederlande:

    • In Amsterdam gibt es Projekte, bei denen die Abwärme von Rechenzentren für Gewächshäuser und Wohngebäude genutzt wird.

Energieeffizienzmaßnahmen

  • Japan:

    • Integration von Flüssigkeitskühlung in Rechenzentren, um die Energieeffizienz zu maximieren.
    • Einsatz von KI, um den Energieverbrauch dynamisch zu steuern und Spitzenlasten zu vermeiden.
  • USA und Singapur:

    • Optimierung der Serverauslastung und Virtualisierung, um den Energieverbrauch ungenutzter Hardware zu minimieren.

Standortoptimierung

  • Irland:

    • Irland ist ein beliebter Standort für Rechenzentren großer Cloud-Anbieter, da es relativ kühle Temperaturen und Zugang zu Windenergie bietet.
    • Die Regierung unterstützt die Ansiedlung durch steuerliche Anreize.
  • Kanada:

    • Rechenzentren werden in Regionen mit günstiger Energie, wie Quebec, angesiedelt, wo Wasserkraft verfügbar und kostengünstig ist.

Gesetzliche Rahmenbedingungen und Initiativen

  • Singapur:

    • Einführung einer „Green Data Center“-Initiative, die Betreiber dazu verpflichtet, den Energieverbrauch zu optimieren und nachhaltige Technologien zu verwenden.
    • Temporäres Moratorium für neue Rechenzentren, um die Netzbelastung zu prüfen und zu planen.
  • Frankreich:

    • Steuerliche Vorteile für Betreiber von energieeffizienten und nachhaltigen Rechenzentren.
    • Vorschriften zur Reduktion des PUE-Werts (Power Usage Effectiveness).

Integration von Speicherlösungen

  • USA (Kalifornien):
    • Kombination von Rechenzentren mit Batteriespeichersystemen, um Spitzenlasten zu puffern und den Strombedarf aus erneuerbaren Energien zu decken.
    • Tesla und andere Unternehmen entwickeln Batterieparks, um erneuerbare Energiequellen für Rechenzentren zugänglich zu machen.

Offshore-Rechenzentren

  • Microsoft:
    • Erprobung von Unterwasser-Rechenzentren im Projekt „Natick“, bei dem Rechenzentren unter Wasser betrieben werden, um natürliche Kühlung zu nutzen.
    • Diese Technologie könnte langfristig Energie sparen und den Platzbedarf an Land reduzieren.

Die Atomenergie spielt in der Energieversorgung von Rechenzentren eine interessante, aber kontroverse Rolle. Die Rolle der Atomenergie variiert stark zwischen Ländern, abhängig von deren Energiepolitik, gesellschaftlichen Akzeptanz und technologischen Prioritäten.


Vorteile der Atomenergie für Rechenzentren:

  1. Grundlastfähigkeit:

    • Atomkraftwerke liefern kontinuierlich und zuverlässig Strom, unabhängig von Wetterbedingungen.
    • Für Rechenzentren, die auf eine stabile Energieversorgung angewiesen sind, bietet Atomenergie eine verlässliche Basis.
  2. Geringer CO₂-Ausstoß:

    • Atomenergie erzeugt im Betrieb fast keine Treibhausgase und ist daher klimafreundlicher als fossile Brennstoffe.
    • In Ländern mit strengen Klimazielen wird Atomkraft oft als Übergangstechnologie genutzt, bis erneuerbare Energien ausreichend ausgebaut sind.
  3. Hohe Energiedichte:

    • Atomkraft kann große Mengen Energie auf kleinem Raum produzieren, was in dicht besiedelten Gebieten oder Ländern mit wenig Fläche vorteilhaft ist.

Nachteile und Herausforderungen der Atomenergie für Rechenzentren:

  1. Hohe Kosten:

    • Der Bau und Betrieb von Atomkraftwerken ist extrem teuer und zeitaufwendig.
  2. Endlagerung und Sicherheit:

    • Die Entsorgung von radioaktivem Abfall ist ungelöst und bleibt ein politisches und gesellschaftliches Problem.
  3. Politische und gesellschaftliche Akzeptanz:

    • In Ländern wie Deutschland, wo die Atomkraft stark abgelehnt wird und ein Atomausstieg beschlossen wurde, spielt sie keine Rolle mehr für die Energieversorgung.

Regionale Unterschiede:

  • Frankreich:

    • Frankreich betreibt einen Großteil seiner Stromversorgung aus Atomenergie (ca. 70 %). Rechenzentren profitieren hier von der stabilen und vergleichsweise günstigen Energie.
    • Betreiber können klimafreundliche Profile vorweisen, da Atomenergie als emissionsarm gilt.
  • USA:

    • Atomkraft spielt eine wichtige Rolle als Grundlastenergie, besonders in Staaten mit hoher Rechenzentrumsdichte wie Virginia oder North Carolina.
    • Rechenzentren nutzen Atomstrom als Ergänzung zu erneuerbaren Energien.
  • Deutschland:

    • Mit der Abschaltung der letzten Atomkraftwerke 2023 steht Atomenergie nicht mehr zur Verfügung.
    • Der Fokus liegt hier auf erneuerbaren Energien, was die Stromkosten für Rechenzentren erhöht, da erneuerbare Energien bisher nicht grundlastfähig sind.
  • China und Russland:

    • Beide Länder setzen stark auf den Ausbau von Atomkraft und könnten diese nutzen, um energieintensive Industrien wie Rechenzentren zu versorgen.

Zukunftsperspektive:

  1. Kleine modulare Reaktoren (SMRs):

    • Diese neue Generation von Atomreaktoren könnte kompakte und sichere Energiequellen für Rechenzentren bieten.
    • SMRs sind flexibler und haben geringere Baukosten, könnten aber erst ab 2030 großflächig verfügbar sein.
  2. Kombination mit erneuerbaren Energien:

    • In Ländern mit Atomkraft werden zunehmend hybride Lösungen erwogen, bei denen Atomenergie als Backup für erneuerbare Energien dient, um die Netzstabilität zu gewährleisten.

Derzeit befinden sich weltweit mehrere innovative Atomkraftwerkstypen in Entwicklung und Bau, die darauf abzielen, die Sicherheit zu erhöhen, die Effizienz zu steigern und die Menge sowie die Halbwertszeit des radioaktiven Abfalls zu reduzieren. Zu den bedeutendsten Entwicklungen zählen:

1. Reaktoren der Generation IV: Diese Reaktoren nutzen fortschrittliche Technologien und Konzepte, um die Kernenergie nachhaltiger und sicherer zu gestalten. Acht verschiedene Designs werden verfolgt, darunter:

  • Schnelle Brüter: Sie können vorhandenen Atommüll als Brennstoff nutzen und somit die Menge des hochradioaktiven Abfalls reduzieren.

  • Hochtemperaturreaktoren: Diese Reaktoren arbeiten bei höheren Temperaturen und können neben der Stromerzeugung auch Prozesswärme für industrielle Anwendungen liefern.

2. Kleine Modulare Reaktoren (SMR): SMRs sind kompakte Reaktoren mit einer Leistung von bis zu 300 Megawatt. Sie zeichnen sich durch modulare Bauweise, erhöhte Sicherheit und Flexibilität aus. Mehrere Unternehmen weltweit entwickeln SMR-Designs, die in den kommenden Jahren zum Einsatz kommen könnten.

3. MYRRHA-Projekt in Belgien: In Belgien wird das MYRRHA-Projekt (Multi-purpose hYbrid Research Reactor for High-tech Applications) entwickelt. Es handelt sich um einen beschleunigergetriebenen Reaktor, der darauf abzielt, die Halbwertszeit von radioaktivem Material durch Transmutation zu reduzieren und gleichzeitig Energie zu produzieren. Durch die Umwandlung langlebiger radioaktiver Isotope in kurzlebigere wird die Langzeit-Radioaktivität des Abfalls verringert.

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