Messtechnik und Energieeffizienz für Rechenzentren

In einem Rechenzentrum kann schon der kleinste Strom- oder Temperaturausfall zu erheblichen Verlusten führen. Daher ist es unerlässlich, sich bei der Steuerung der gesamten Anlagen auf robuste Geräte und zuverlässige Messsysteme zu stützen.

Die Aufschlüsselung des Energieverbrauchs eines Rechenzentrums zeigt, dass die Server etwa 50 % des Gesamtverbrauchs ausmachen, während die Kühlung einen Anteil von etwa 30 % hat und die Beleuchtung sowie andere Verwendungszwecke etwa 7 % ausmachen. Der Energieverbrauch von Rechenzentren ist hauptsächlich auf den Dauerbetrieb der Server, die Kühlung der Anlagen und die Sicherheitssysteme zurückzuführen .

Die Lösungen von Fuji Electric bieten folgende Vorteile:

• Den Energieverbrauch überwachen
• Die Gesamtenergieeffizienz verbessern
• Die Rückverfolgbarkeit und Konformität der Anlagen sicherstellen

Rechenzentren bilden das Herzstück des globalen digitalen Ökosystems. Sie sorgen für die Speicherung, Verarbeitung und Übertragung riesiger Datenmengen für Unternehmen, Institutionen und Privatpersonen. Als tragende Säulen der digitalen Wirtschaft ermöglichen diese Infrastrukturen den Zugriff auf IT-Ressourcen über das Internet und unterstützen so die Entwicklung von künstlicher Intelligenz, Cloud Computing und kritischen Anwendungen.

Datensicherheit und die Verfügbarkeit von Diensten haben für Rechenzentren oberste Priorität, da diese einen lückenlosen Betrieb gewährleisten müssen. Der Stromverbrauch dieser Zentren stellt jedoch sowohl in wirtschaftlicher als auch in ökologischer Hinsicht eine große Herausforderung dar. Angesichts des exponentiellen Wachstums des Bedarfs an Datenspeicherung und -verarbeitung wird es unerlässlich,das Energiemanagement der Infrastrukturen zu optimieren, um deren Auswirkungen auf Ressourcen und Umwelt zu begrenzen und gleichzeitig die Sicherheit und Zuverlässigkeit digitaler Dienste zu gewährleisten.

Jüngsten Zahlen zufolge verbrauchen Rechenzentren zwischen 2 und 3 % des weltweiten Stroms, und dieser Anteil könnte bis 2030 auf bis zu 13 % steigen. Zudem wird ein jährlicher Anstieg der Kapazitäten von Rechenzentren um 8 % prognostiziert, was zu einem Stromverbrauch führen wird, der zwei- bis viermal so hoch ist wie der derzeitige.

Der Energieverbrauch von Hyperscale-Rechenzentren, den eigentlichen Motoren der digitalen Wirtschaft, wird bis 2040 jährlich um 35 % steigen. In Frankreich machen Rechenzentren 2,5 % des nationalen CO₂-Fußabdrucks aus und sind für 1 % der weltweiten energiebezogenen Treibhausgasemissionen verantwortlich. Diese Zahlen unterstreichen , wie wichtig es ist, die Umweltauswirkungen von Rechenzentren zu berücksichtigen, und wie notwendig es ist, ihre Energieeffizienz zu optimieren, um Kosten einzusparen und ESG-Anforderungen zu erfüllen.

Die Stromversorgung ist der größte Energieverbraucher in einem Rechenzentrum und stellt eine strategische Herausforderung dar , die sowohl wirtschaftliche als auch technische und ökologische Aspekte umfasst. Ein Rechenzentrum wandelt den aus dem Netz bezogenen Strom in Rechenleistung und Wärmeenergie um. Bei der Verwaltung der Stromversorgung ist es unerlässlich, Aspekte der Nachhaltigkeit und der Einhaltung gesetzlicher Vorschriften zu berücksichtigen. Der Energieverbrauch eines Rechenzentrums hängt in erster Linie von der Größe der Anlage ab. Schätzungen zufolge machen Computerserver und Kühlsysteme jedoch etwa 80 % des Energieverbrauchs eines Rechenzentrums aus.

Der Stromversorgungsprozess basiert auf einer strukturierten Kette, die vom öffentlichen Stromnetz oder lokalen Quellen bis hin zu den IT-Lasten reicht. In einem Rechenzentrum bezeichnen IT-Lasten die Gesamtheit der IT-Geräte, die unmittelbar für die Verarbeitung, Speicherung und Übertragung von Daten zuständig sind: Server, Speichersysteme und Netzwerkgeräte. Auf sie entfällt der Großteil des Nutzstromverbrauchs, der in direktem Zusammenhang mit der digitalen Aktivität des Standorts steht.

Die zunehmende Dichte der IT-Ausstattung führt zu einem deutlichen Anstieg des Wärmeflusses. Tatsächlich verbrauchen Kühlsysteme zwischen 30 % und 40 % der Energie eines Rechenzentrums.

Kühlsysteme in Rechenzentren sind unerlässlich, um eine Überhitzung der Server zu verhindern und stabile thermische Bedingungen in den IT-Räumen aufrechtzuerhalten.

Eine unzureichende Temperaturregelung kann folgende Folgen haben:

• Ein übermäßiger Energieverbrauch aufgrund eines ineffizienten Betriebs der Anlagen
• Eine Verkürzung der Lebensdauer von IT- und Elektrogeräten
• Risiken eines Ausfalls, einer Einschränkung oder einer Verschlechterung der Leistung

Je nach Architektur des Rechenzentrums kann die Kühlung auf zwei sich ergänzende Hauptverfahren zurückgreifen: die Luftkühlung und die Flüssigkeitskühlung.

Zudem erzeugen Rechenzentren eine erhebliche Menge an Abwärme. Diese Wärme kann genutzt werden, insbesondere durch Maßnahmen, die für Energieeinsparungszertifikate in Frage kommen. Die Rückgewinnung und Wiederverwertung der von Rechenzentren abgegebenen Wärme kann somit zur Beheizung von Büros oder Wohngebäuden in der Umgebung dienen und so zur Verbesserung der Gesamtenergieeffizienz beitragen.

Die zentralisierte Energieüberwachung bildet die Grundlage für die betriebliche Steuerung eines Rechenzentrums. Sie ermöglicht die Erfassung, Zusammenführung und Verknüpfung von Daten aus den elektrischen, thermischen und umgebungsbezogenen Systemen, um einen umfassenden, zuverlässigen und verwertbaren Überblick über die Anlage zu bieten.

Mithilfe von Feldmessgeräten und Steuerungssystemen ermöglicht die Energieüberwachung die Umwandlung von Rohdaten in betriebsrelevante Kennzahlen.

Sie ermöglicht insbesondere:

• Eine Echtzeit-Übersicht über die Energie- und Betriebsleistung des Rechenzentrums
• Überwachung der wichtigsten Energie-KPIs
• Die frühzeitige Erkennung von Abweichungen, Anomalien und Vorfällen, die sich auf die Verfügbarkeit oder die Energieeffizienz auswirken könnten

Die nahtlose Integration von Daten aus Sensoren, Messsystemen und Feldgeräten ist unerlässlich, um den Betrieb zu optimieren, fundierte technische Entscheidungen zu treffen und die Energieeffizienz des Rechenzentrums nachhaltig zu verbessern.