Mehr als Wind im Rechenzentrum

Im Oktober 2013 startete das Projekt RenewIT, das für drei Jahre von der Europäischen Union gefördert wird. Es erforscht, wie Rechenzentren unter Berücksichtigung einer effizienteren Nutzung erneuerbarer Energien entworfen und betrieben werden können.

Neben Partnern aus Spanien, Italien, Großbritannien und den Niederlanden ist auch die Professur Technische Thermodynamik der Technischen Universität Chemnitz beteiligt. „Wir sind schwerpunktmäßig mit den Kühltechniken und den erneuerbaren Energiequellen dabei. Die Energieversorgungssysteme müssen für verschiedene Standorte in Europa konzipiert und simuliert werden“, sagt PD Dr. Thorsten Urbaneck Bereichsleiter „Thermische Energiespeicher“ an der Professur Technische Thermodynamik.

„Derzeit nutzt nur eine Minderheit der europäischen Rechenzentren Energie aus erneuerbaren Quellen. Die Motivation dabei sind jedoch weniger kommerzielle Gründe als das Streben nach einem positiven Image in der Öffentlichkeit oder einer guten Stellung mit den Aufsichtsbehörden“, sagt der Sprecher des Forschungsprojekts Andrew Donoghue.

Das RenewIT-Projekt, das von der EU mit einem Budget von 3,6 Millionen Euro mitfinanziert wird, soll Instrumente entwickeln, die helfen, Rechenzentrumsbetreiber von der Verwendung von örtlichen erneuerbaren Energien wie Sonne, Wind und Biomasse und erneuerbarer Kühlungsmethoden wie der Außenluft- und Meerwasserkühlung zu überzeugen.

„Die wichtigsten Hürden für die Nutzung erneuerbarer Energien für Rechenzentren sind die wahrgenommenen Kosten und der Mangel an Instrumenten, mit denen Betreiber Entscheidungen über erneuerbare Energien treffen können. Dieses Projekt zielt darauf ab, einige dieser Hindernisse durch die Entwicklung von Instrumenten zu überwinden, die die Umweltleistung und den Anteil der erneuerbaren Energiequellen im aufkommenden Konzept der Net Zero Energy Rechenzentren bewerten“, fügt RenewIT-Projektkoordinator Dr. Jaume Salom vom IREC und hinzu.

Die größten Herausforderungen bei der Nutzung erneuerbarer Energie für Rechenzentren sind die Kosten, die Kapazitäten, die mangelnde Integration und die Unzuverlässigkeit. So ist beispielsweise die bestehende Infrastruktur von Rechenzentren ausgerichtet auf einen kontinuierlichen Stromfluss, während Wind und Sonne je nach Tag, Uhrzeit und Jahreszeit schwanken. Das RenewIT-Projekt soll Instrumente, die den intermittierenden Energiefluss von erneuerbaren Energien an die Anwendungen und die Belastung der Rechenzentren anpassen.

Das RenewIT-Projekt konzentriert sich auf fünf Hauptaufgaben:

Das RenewIT-Instrument: Das Instrument wird ein webbasiertes Planungswerkzeug sein, das Rechenzentrumsbesitzern, -betreibern und Planungsbüros hilft, die wirtschafts-, energie- und nachhaltigkeitsbezogenen Kosten des Aufbaus einer Anlage zu interpretieren, die einen hohen Anteil an lokalen erneuerbare Energien nutzt.

Workload-Management und Planung: Der RenewIT-Konsortialpartner, das Barcelona Supercomputing Centre, leitet dieses Aufgabenfeld. Im Vordergrund steht die Entwicklung von Algorithmen für die Workload-Planung in einer Einrichtung oder zwischen Einrichtungen, die eine von der Loccioni Gruppe entwickelte Monitoring- und Steuerungsplattform nutzen.

Konzepte für die Integration in Rechenzentren: In diesem Gebiet geht es darum, die Vorteile der verschiedenen Energiekonzepte zu quantifizieren. Die Konzepte werden dann für einen ganzheitlichen Ansatz, der verschiedene Lösungen zusammenfasst, verwendet:
– erneuerbare Wärmequellen (Biomasse, Solar- und Geothermie),
– erneuerbare Stromquellen (Wind, Solar, Photovoltaik),
– erneuerbare Kühlung (Frisch-/Außenluftkühlung, Wasser, Schnee, Himmelsstrahlung),
– Energiespeicher (täglich oder saisonal),
– Wärmepumpen, die die Temperatur der Abwärme von Rechenzentren erhöhen,
– Wiederverwendung von Wärme und Interaktion mit Fernwärme- und Kühlsystemen,
– solare Kühlung.
Validierung der Instrumente in echten Rechenzentren: Das Projekt will einen Validierungsprozess etablieren und dabei, um eine kontinuierliche Rückkopplung mit den technischen Entwicklern zu gewährleisten und eng mit acht Rechenzentren in ganz Europa zusammenarbeiten. Basierend auf bestehenden Fallstudien wird der Validierungsprozess aktive Rechenzentren einbeziehen, um die Robustheit und die Anwendbarkeit durch den Endnutzer der technischen Energiekonzepte des Projekts und der Simulations-Software-Instrumente zu testen.

Vorschlag für neue Bewertungskriterien und Beitrag zur Standardisierung: RenewIT wird an der Schaffung eines Standardansatzes zur Bewertung der Energienutzung der Rechenzentren, der einbezogenen Infrastruktur, der technischen Ausrüstung, dem IT-Workload-Management und der erneuerbaren Energien mitwirken. Neue Wege der Auswertung der Lastanpassung – die Beziehung zwischen den Lasten, die Erzeugung von erneuerbarer Energie und die Flexibilität der Netzüberlagerung – werden dazu beitragen, dass die Betreiber verstehen, wie eine bestimmte technische Lösung auf die Bedürfnisse der Rechenzentren und des Netzes zugeschnitten werden kann.

Das Projekt wird sich auch mit der Frage beschäftigen, wie eine bessere Integration von Rechenzentren mit Smart Citys-Infrastruktur durch das Verbinden intelligenter Strom- und Mikronetze möglich ist. Ebenso werden Strategien überprüft, wie die Umleitung von Abwärme von Rechenzentren zu anderen Unternehmen und Wohnungen ermöglicht werden kann.

RenewIT setzt sich aus kommerziellen und wissenschaftlichen Organisationen zusammen. Es wird vom Non Profit Energieforschungszentrum Katalonien Institut für Energieforschung (IREC) geleitet. Die anderen Mitglieder sind 451 Research, das Barcelona Supercomputing Center (BSC), die Loccioni Gruppe aus Italien, AIGUASOL, das Planungsbüro Deerns sowie der Technischen Universität Chemnitz mit der Professur Technische Thermodynamik. Die Organisationen bringen ihr jeweiliges Know-how in das Projekt ein: Green IT (IREC), erneuerbare Energiesysteme (AIGUASOL), Energiespeicher (Technische Universität Chemnitz), Rechenzentrumsüberwachung (Loccioni), Arbeitsbelastung und Anwendung Energiemanagement (BSC) und Planung von Rechenzentren (Deerns).

RenewIT ist eines von sechs Projekten, das von der EU im Rahmen der 7. Rahmenprogramm Initiative (RP7) gefördert wird. Die anderen Projekte sind DOLFIN, Genic, Geysir, GreenDataNet und DC4Cities. Das Ziel dieser Projekte ist es, Forschung und kommerzielle Instrumente zu entwickeln, um den Anteil der erneuerbaren Energien, der von Rechenzentren erzeugt und verwendet wird, zu erhöhen.

Weitere Informationen über die Beteiligung der TU Chemnitz erteilt PD Dr. Thorsten Urbaneck, Telefon 0371 531-32463, E-Mail thorsten.urbaneck@mb.tu-chemnitz.de