Seit der Stromkrieg zwischen Edison und Westinghouse mit dem weltweiten Siegeszug der Wechselspannung endete, suchten Energieverbraucher ständig nach Wegen, mit denen sich die Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit und Qualität unserer wichtigsten Energiequelle gewährleisten lässt.
In den missionskritischen Bereichen setzten wir für die meisten Anwendungen der Telekommunikation Niederspannungsgleichstrom (üblicherweise -48 V DC) ein. Dagegen bauten wir bei den Rechenzentren weiter auf das Wechselstromnetz. Gleichzeitig setzten wir zur Gewährleistung der Stromversorgungsstabilität unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USVs) in verschiedenen Architekturen ein, oft in Kombination mit einer Form der Notstromerzeugung.
Neue Herausforderungen für die USV-Systeme in Rechenzentren
Das war für weit über 40 Jahre der Status quo in der Rechenzentrumsbranche. Wir investieren in kritische Infrastruktur, die wir hoffentlich niemals einsetzen müssen – oder zumindest nicht über einen längeren Zeitraum oder in regelmäßigen Abständen.
Das traditionelle Stromversorgungssystem von Rechenzentren, mit unterbrechungsfreien Stromversorgungen, automatischen Transferschaltern und Generatoren, zählt mittlerweile zu den gängigen Geschäftskosten. Und wenn das USV-Batterie-System nicht aktiviert wird, um Stromausfälle zu überbrücken, ist es nichts weiter als ein „Stranded Asset“ – also eine ungenutzte Ressource. Nicht viel mehr als eine Position auf dem Abschreibungszeitplan unserer Unternehmensbilanzen.
Doch es zeichnet sich ein Paradigmenwechsel ab: durch neue Akku-Chemien, Fortschritte in der Materialforschung für Leistungselektronik und neue Steuerungskonzepte für USV-Wechselrichter und -Stromversorgungssysteme.
Dank der kommerziellen Verfügbarkeit robuster Lithium-Ionen-Akkus mit Formfaktoren, chemischen Zusammensetzungen und Bauweisen, die sich für hochleistungsfähige und auf längere Betriebszeiten ausgelegte kritische Infrastrukturanwendungen eignen, in Kombination mit tatsächlich bidirektionalen USV-Systemen, verfügen wir jetzt über die Basis für ein völlig neuartiges Management dieser wertvollen Ressourcen. Ein Management, mit dem wir die Leistungsfähigkeit unserer unterbrechungsfreien Stromversorgung einsetzen können, um uns eine neue Einnahmequelle zu erschließen.
Diese Einnahmen resultieren daraus, dass wir diese ungenutzten Ressourcen nutzen, um netzbildende Dienste wie Frequenzstabilität, VAR-Kompensation, Spannungsregelung und kurz- bis mittelfristige Energieversorgung anbieten. Erreicht wird das, indem USV-Wechselrichter, Batterieanlagen und in einigen Anwendungen auch die Generatoren bzw. Brennstoffzellen eingesetzt werden, um Energie wieder in das Netz einzuspeisen.
Schon heute werden in der Batterie- und Leistungselektronikbranche riesige Batterieanlagen in der Größenordnung von Hyperscale-Rechenzentren bereitgestellt, die relativ einfach als vernetzte Energiespeicher nutzbar sind. Diese Systeme wurden bereits an abgelegenen Standorten wie Fairbanks (US-Bundesstaat Alaska) (26 MW/15 min) und Südaustralien (100 MW/130 MW/h) installiert, darüber hinaus in zahlreichen kleineren Anlagen in der gesamten EU und in Nord-, Mittel- und Südamerika. Betreiber von Rechenzentren, die diese Technologie und die entsprechenden Betriebsverfahren nutzen, haben die Möglichkeit, diese Einnahmequelle anzuzapfen.
Risiko- und Nutzenabwägung für das Rechenzentrum
Aus verständlichen Gründen gilt die Rechenzentrumsbranche als eher risikoavers. Derzeit steht und fällt die Kontinuität im Rechenzentrum mit Blei-Säure-Akkus – samt ihrer insgesamt schlechten Bilanz bei Lebensdauer und Ladezyklen und der Notwendigkeit, sie immer im Erhaltungsladezustand zu halten. So kennen wir das von herkömmlichen USV-Systemen, die ihren Strom nur über einen einzigen Pfad liefern und unfähig sind, Spannung und Strom über das Netz zu synchronisieren oder gar Energie einzuspeisen. Diese Faktoren lassen es bisher unpraktisch erscheinen, „den Stecker zu ziehen“ und das Rechenzentrum vom Netz zu isolieren.
Doch jetzt, mit der neuen Generation der oben erwähnten Technologien, wie etwa Lithium-Ionen-Akkus und intelligente Energiespeichersysteme, sinkt das Risiko und steigt der Nutzen durch Erschließung dieser ungenutzten Ressourcen. Moderne USV-Plattformen – zumindest die von Vertiv – sind schon von ihrem Grundkonzept her für den bidirektionalen Betrieb ausgelegt. Sie müssen nur noch ein paar Updates an Ihrer Software und Einrichtungsverkabelung vornehmen, um von dieser inhärenten Fähigkeit zu profitieren. Sie brauchen ein Feature, das wir Smart Power© nennen.
Der optimale Nutzen lässt sich durch den Einsatz von Li-Ionen-Akkus erzielen, da diese speziell im Hinblick auf eine lange Lebensdauer und zahlreiche und häufige Ladezyklen konzipiert wurden und mit unterschiedlichen Ladezuständen aufbewahrt werden können, ohne Beeinträchtigung ihrer Leistung, Zuverlässigkeit oder Verfügbarkeit. Diese Akkus wurden für den Einsatz in Energiespeicheranwendungen maßgeschneidert.
In Kombination miteinander bilden die bidirektionale USV, die Lithium-Ionen-Batterieanlage, die intelligente Systemsteuerung und potenziell auch die Notstromgeneratoren ein vielseitiges Energiesystem, das Sie in eine wichtige neue Einnahmequelle für Ihre kritische Infrastruktur verwandeln können. Ein System, das Sie an aktuelle Marktparameter wie Spotmarkt-Kosten pro MWh, Frequenz- und Netzbildungspreise oder Anreize zur Nachfragereduzierung anpassen können.
Diese Parameter können sich an Ihrer aktuellen prozentualen Kapazitätsauslastung, Ihren Kundenrisikoprofilen, Ihren Kunden-SLAs, an Wetter, Uhrzeit und anderen Geschäftsparametern orientieren, damit gewährleistet ist, dass Ihre Lithium-Ionen-Batterieanlage nie unter eine vorgegebene minimale Energiespeicherreserve abfällt.
Dieses Konzept wurde bereits erfolgreich in bestehenden und neuen Rechenzentren umgesetzt. Sehen Sie sich dazu diesen kurzen Bericht über eine solche Anlage in Großbritannien an. Und besuchen Sie gemeinsam mit Emiliano Cevenini den Smart Energy World Summit, der in diesem Jahr vom 24. bis 25. Oktober in Mailand stattfindet, oder mit mir und Emiliano am 5. und 6. November die Konferenz DCD London, um sich näher darüber zu informieren, wie sich dieses Konzept in Ihrem Rechenzentrum umsetzen lässt.
Es ist an der Zeit, die Leistungsfähigkeit Ihrer ungenutzten Ressourcen zu entfesseln und sie in eine neue Einnahmequelle zu verwandeln.
