Mit dem Strom
Wie Rechenzentren zum Brennpunkt der Energiedebatte werden
Datacenter sind zu einem zentralen Treiber des globalen Energieverbrauchs geworden. Mit dem Boom von KI und Cloud-Technik wächst nicht nur die digitale Leistungsfähigkeit. Auch die gesellschaftliche Debatte über Ressourcen und Nachhaltigkeit gewinnt enorm an Brisanz.
Rechenzentren zählen zu den am schnellsten wachsenden Energieverbrauchern im digitalen Infrastrukturbereich. Treiber sind insbesondere Künstliche Intelligenz, Cloud- und Edge-Computing sowie die zunehmende Digitalisierung von Geschäftsprozessen. Dies ist mittlerweile allgemein bekannt und findet auch Platz in der öffentlichen Berichterstattung bis ins Kultur-TV – dies durchaus kritisch angesichts eines Ressourcenverbrauchs, der sich mit dem weltweiten Flugverkehr messen lassen muss.
Technisch ist ein modernes Rechenzentrum heute meist hochgradig standardisiert und modular aufgebaut. Neben den IT-Racks bilden Stromversorgung, unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV), Notstromaggregate (Netzersatzanlage, NEA) sowie Kühl- und Klimasysteme die zentralen Gewerke. Dies ist allerdings gleichzeitig ein wichtiger Knackpunkt: Wirkliche Energieeffizienz lässt sich nach Einschätzung der meisten Fachleute nur erreichen, wenn ein Rechenzentrum als integraler Bestandteil eines Gesamtsystems, beginnend bei der Energieerzeugung bis hin zur Weitenutzung der Abwärme, konzipiert ist, also weit über das reine RZ-Gebäude hinaus.
Der Datacenter-Markt ist grundsätzlich durch eine starke Konzentration geprägt. Große Hyperscaler und Colocation-Anbieter dominieren, während mittelständische Betreiber häufig Nischenmärkte bedienen. Allerdings sorgen die geopolitische Lage und Themen wie die Datensouveränität dafür, dass in Deutschland derzeit ein verstärktes Interesse auch an einem regionalen Angebot zu spüren ist.
In allen Bereichen wächst der Druck durch steigende Energiepreise, Netzengpässe und regulatorische Anforderungen. Energieeffizienz ist dadurch von einer optionalen Optimierungsgröße zu einem strategischen Wettbewerbsfaktor geworden. Kennzahlen wie PUE (Power Usage Effectiveness) haben sich trotz technischer Unzulänglichkeiten als Branchenstandard etabliert. Sie reichen jedoch zunehmend nicht mehr aus, um eine Gesamtökobilanz zu bewerten. Ergänzend gewinnen Kennzahlen zur CO₂-Intensität, zum Wasserverbrauch sowie zur Abwärmenutzung an Bedeutung.
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Die Sicht der Energieversorger
Das Borderstep-Institut, das die RZ-Branche seit rund 20 Jahren mit einem besonderen Fokus auf den Stromverbrauch untersucht, bezeichnet in einem aktuellen Papier die Rechenzentren einerseits als kritische Infrastruktur für Digitalisierung, KI und wirtschaftliche Souveränität in Deutschland und Europa. Andererseits führe ihr hoher Strom-, Flächen- und Ressourcenbedarf zu erheblich wachsenden Herausforderungen für Gesellschaft und Umwelt. Gefragt sei eine koordinierte Strategie, die systemische Lösungen hervorbringt und sowohl Wettbewerbsfähigkeit als auch ökologische Tragfähigkeit gewährleiste. Laut dem Borderstep-Institut können nachhaltige Rechenzentrumsstrukturen neue Chancen für Innovation in Energie- und Wärmenetzen bieten und zu einer souveränen und regional verankerten digitalen Wertschöpfung beitragen
Energieversorger betrachten Rechenzentren als besondere Kategorie industrieller Großverbraucher. Charakteristisch sind hohe Anschlussleistungen, ein nahezu kontinuierlicher Leistungsbedarf und kurze Reaktionszeiten bei Laständerungen – in diesem Umfeld erfordert besonders die KI-Infrastruktur besondere Beachtung. Für Netzbetreiber stellen diese Eigenschaften sowohl eine Belastung als auch eine Chance dar. Einerseits erfordern Rechenzentren umfangreiche Investitionen in Netzausbau und Netzstabilisierung, andererseits bieten sie Potenziale für das Last-Management und eine netzdienliche Steuerung. Dabei stellen die bislang beim gewöhnlichen Betrieb meist ungenutzten Batterien ein beachtliches Speicherreservoir etwa zum Ausgleich von Stromschwankungen bei der Erzeugung und beim Verbrauch dar.
Aus Sicht der Versorger gewinnt folglich die Planbarkeit des Lastprofils an Bedeutung. Betreiber können punkten, wenn sie flexible Betriebsmodelle, Lastverschiebung oder Notstrombetrieb als temporäre Netzstützung anbieten. Zunehmend eingefordert werden auch langfristige Abnahmeverträge für erneuerbare Energien sowie die Integration von Photovoltaik- und Speicherlösungen. Gleichzeitig wächst der Druck, CO₂-arme Stromquellen bereitzustellen, da Rechenzentren in vielen Regionen zu den größten Einzelverbrauchern gehören und damit eine erhebliche Wirkung auf regionale Klimaziele haben.
Die Standortfrage
Die Standortwahl für Rechenzentren in Deutschland wird primär durch Faktoren wie Netzverfügbarkeit, Latenzanforderungen, Grundstückspreise, Genehmigungslage und Klimabedingungen beeinflusst. Ballungsräume wie Frankfurt am Main, Berlin und München sind aufgrund ihrer Netz-Knotenpunkte oder Kundennähe besonders attraktiv, stoßen jedoch zunehmend an ihre energetischen und infrastrukturellen Grenzen. Begrenzte Netzkapazität und hohe Grundstückspreise können zu steigenden Projektkosten und längeren Realisierungszeiten führen.
Auch aus diesem Grund gewinnen vielfach ländliche Regionen an Attraktivität, insbesondere Standorte in der Nähe von Umspannwerken, erneuerbaren Erzeugungskapazitäten oder bestehenden Industriearealen. Niedrigere Umgebungstemperaturen können die Effizienz von Freikühlkonzepten verbessern und damit die Betriebskosten senken. Allerdings stehen dem oft längere Genehmigungsverfahren, eine begrenzte Glasfaseranbindung und Akzeptanzprobleme in der Bevölkerung gegenüber. Die Standortfrage ist damit zunehmend ein energie- und strukturpolitisches Thema.
Rechenzentren unterliegen in Deutschland einem nicht zu unterschätzendem regulatorischen Rahmen. Eine besondere Bedeutung hat zum Beispiel das Energieeffizienzgesetz (EnEfG). Die einschlägigen Regelwerke definieren unter anderem die Anforderungen an Mindestwirkungsgrade, Transparenz- und Berichtspflichten hinsichtlich Energieverbrauch und Effizienzkennzahlen.
Der Branchenverband Bitkom hat dazu vor Kurzem einen ausführlichen Leitfaden herausgegeben, in dem die Anforderungen an neue und Bestands-Datacenter konkret dargestellt sind und der die entsprechenden Maßnahmen erläutert. Das nicht nur für Betreiber interessante Papier ist auf der Bitkom-Seite kostenlos zum Download verfügbar und beschäftigt sich unter anderem auch mit dem Thema Abwärmenutzung.
Die verschiedenen Regularien verpflichten RZ-Betreiber etwa dazu, den Energiebedarf systematisch zu erfassen, zu dokumentieren und Maßnahmen zur Effizienzsteigerung umzusetzen. Für größere Rechenzentren gelten Anforderungen an Mindest-PUE-Werte sowie Vorgaben zur Nutzung von Abwärme. Zusätzlich werden Nachhaltigkeitsberichte im Rahmen der Corporate Sustainability Reporting Directive (CSRD) relevant. Die praktische Umsetzung führt zu hohem organisatorischem und technischem Aufwand, insbesondere für bestehende Bestandsrechenzentren, die nicht nach aktuellen Effizienzstandards geplant wurden. Bemerkenswert: die einschlägigen Reporting-Werkzeuge dazu nehmen heute ihrerseits die Künstliche Intelligenz zu Hilfe.
Lobby-Arbeit
Branchenverbände wie der bereits genannte Bitkom, die German Datacenter Association (GDA) oder der Verband innovativer Rechenzentren (VIRZ) sowie europäische Organisationen positionieren sich zunehmend als Vermittler zwischen Politik, Wirtschaft und Technik. Sie fordern technikoffene Regelungen, realistische Übergangsfristen und eine stärkere Förderung energieeffizienter Infrastruktur. Ein zentrales Argument ist, dass Rechenzentren als kritische Infrastruktur zugleich hohe Verfügbarkeitsanforderungen erfüllen müssen, die nicht immer mit maximaler Energieeinsparung vereinbar sind.
Darüber hinaus betonen die Fachleute immer wieder die Bedeutung von Innovationsförderung, insbesondere bei Themen wie Flüssigkeitskühlung, Direct-to-Chip-Kühlung und Abwärmenutzung. Die Verbände bemühen sich um die Etablierung einheitlicher Mess- und Bewertungsstandards, um Vergleichbarkeit zwischen Betreibern zu schaffen. Gleichzeitig kritisiert man, dass nationale Sonderregelungen innerhalb der EU zu Wettbewerbsnachteilen führen können, wenn internationale Anbieter Standorte in weniger regulierte Märkte verlagern.
USV und NEA
Die elektrische Infrastruktur moderner Rechenzentren ist auf maximale Verfügbarkeit und hohe Energieeffizienz ausgelegt. Mittel- und Niederspannungsverteilungen werden zunehmend redundant und modular ausgeführt, um sowohl Ausfallsicherheit als auch Skalierbarkeit zu gewährleisten. Moderne USV-Systeme arbeiten überwiegend mit Doppelwandlertechnik oder hocheffizienten Eco-Modi und erreichen Wirkungsgrade von über 97 Prozent sogar im Teillastbereich. Lithium-Ionen-Batterien ersetzen zunehmend klassische Bleiakkumulatoren, da sie eine höhere Energiedichte, längere Lebensdauer und geringeren Wartungsaufwand bieten sollen. Bisweilen sind Lösungen aber auch überraschend simpel: Dass eine LED-Beleuchtung weniger Strom verbraucht als Neonröhren, gilt selbstverständlich auch im RZ.
Notstromaggregate laufen nach wie vor überwiegend mit Diesel, zunehmend jedoch ergänzt durch alternative Kraftstoffe wie HVO (Hydrotreated Vegetable Oil) oder perspektivisch Wasserstoff. Parallel dazu gewinnen Batteriespeicher als Bestandteil von NEA-Konzepten an Bedeutung. Die Integration von intelligenten Monitoring- und Steuerungssystemen soll zudem eine bessere Abstimmung zwischen Netzbetrieb, Eigenstromversorgung und Last-Management schaffen. Auch auf den ersten Blick banal erscheinende Maßnahmen können zu einer deutlichen Einsparung führen: Die permanent nötige Vorheizung des Dieselaggregats anstelle von Strom durch die ohnehin vorhandene Abwärme zu bewerkstelligen, kann abhängig von der Größe des Motors zu einer signifikanten Senkung des Verbrauchs führen.
Kühlung und Klimatisierung
Die Kühlung ist bekanntlich einer der größten Energieverbraucher im Rechenzentrum. Der Stand der Technik hat sich in den letzten Jahren stark weiterentwickelt. Klassische Kalt- oder/und Warmgang-Einhausungen gelten heute als Standard. Ergänzend kommen indirekte und direkte Freikühlungssysteme zum Einsatz, die Umgebungsluft oder Außenluft zur Reduzierung des Einsatzes von Kompressorkälte nutzen.
Die sogenannte adiabatische Kühlung kann den PUE-Wert signifikant verbessern, nutzt allerdings den Wärmeentzug durch die Verdunstung von Wasser, was sich prinzipbedingt ungünstig auf die WUE (Water Usage Effectiveness) auswirkt, einem Wert, der vor allem in trockenen Regionen unter besonderer Beobachtung steht.
Zunehmend verbreitet sind hybride Kühlsysteme, die abhängig von Außentemperatur und Lastzustand zwischen verschiedenen Betriebsmodi wechseln. Flüssigkeitskühlungen, insbesondere Direct-to-Chip-Systeme und Immersionskühlung, gewinnen an Bedeutung, etwa bei Hochleistungsanwendungen wie KI- und HPC-Clustern (High Performance Computing). Diese Systeme ermöglichen eine deutlich höhere Wärmetransportleistung bei gleichzeitig geringerer elektrischer Leistungsaufnahme für Ventilatoren und Kompressoren. Voraussetzung ist jedoch eine angepasste Infrastruktur und höhere Anforderungen an Planung und Betrieb.
Abwärmenutzung
Die Nutzung von Abwärme aus Rechenzentren gilt als wichtiger Hebel zur Verbesserung der Gesamtenergieeffizienz. Technisch wird die Abwärme über Wärmetauscher in wassergeführte Systeme eingebunden und lässt sich in Fernwärmenetze, Nahwärmenetze oder industrielle Prozesse einspeisen. Voraussetzung ist ein ausreichendes Temperaturniveau – Vorteil der Liquid-Kühlung – sowie die räumliche Nähe zu geeigneten Abnehmern.
In der Praxis sind zahlreiche Herausforderungen zu berücksichtigen, darunter Investitionskosten, regulatorische Rahmenbedingungen, Haftungsfragen und die langfristige Sicherstellung der Wärmeabnahme, vor allem im Sommer. Dennoch steigt die Zahl der Projekte, insbesondere in urbanen Räumen. Die Politik fördert die Abwärmenutzung zunehmend. Sie ist teilweise bereits verpflichtend (siehe Bitkom-Leitfaden) vorgeschrieben. Damit entwickelt sich die Abwärme von einem optionalen Nachhaltigkeitsmerkmal zu einem integralen Bestandteil moderner Rechenzentrumsplanung.
Praxis
In Deutschland existieren verschiedene Praxisbeispiele für energieeffiziente Rechenzentren. Hyperscale-Rechenzentren großer internationaler Anbieter setzen verstärkt auf erneuerbaren Strom, großflächige Freikühlung und modulare Bauweise. Colocation-Anbieter implementieren zunehmend standardisierte Effizienzkonzepte, um Kunden konkrete Nachhaltigkeitskennzahlen anbieten zu können. Allerdings gilt es nach Einschätzung von Experten, gerade das Marketingversprechen von „Hundertprozent Strom aus erneuerbaren Energien“ kritisch zu hinterfragen. Der hiesige Strommix ist nun einmal so, wie er ist, und die Um-Definition von Strom aus Kernkraft zu „grüner“ Energie bekanntlich durchaus kontrovers diskutierbar.
Kommunale Rechenzentrumsprojekte zeigen an weiteren Beispielen, wie Abwärme erfolgreich in bestehende Fernwärmenetze integriert werden kann. Kennzeichen solcher erfolgreichen Projekte ist oft eine integrale Planung, bei der Energieerzeuger, RZ-Bauer und -Betreiber sowie Kommunen kooperieren.
Ebenso existieren industrielle Pilotprojekte, bei denen Rechenzentren gezielt in der Nähe von Produktionsstätten angesiedelt werden, um Prozesswärme bereitzustellen. Die Erfahrungen zeigen auch dort, dass Energieeffizienz nicht nur eine technische, sondern vor allem eine planerische und organisatorische Herausforderung darstellt. Besonders erfolgreich sind Projekte, bei denen Energieeffizienz von Beginn an als zentrales Designkriterium berücksichtigt wurde.
Zukunft
Neben KI gilt Quanten-Computing als wichtiger Entwicklungsschritt in die IT-Zukunft. Ein gängiges Vorurteil lautet, dass diese Rechentechnik extrem energiehungrig sei. Hartwig Bazzanella, Vorstand beim VIRZ beschäftigt sich seit Langem mit dem Thema und widerspricht vehement: „Prinzipiell ist Quanten-Computing eher energieeffizient als energiehungrig. Das verbreitete Bild vom ‚Stromfresser‘ entsteht vor allem durch die Labor- und Kühltechnik, nicht durch das Rechnen selbst. Aktuelle Quantencomputer, vor allem supraleitende Qubits, benötigen Verdünnungskryostaten bei sehr niedrigen Temperaturen sowie aufwendige HF-Elektronik und stabile Vibrations-, EM- und Temperaturabschirmungen. Dies bedeutet, die Umgebung des Quantencomputers verbraucht Energie, nicht die Quantenoperationen selbst.“
Die eigentliche Berechnung am Quantencomputer ist laut Bazzanella vielmehr extrem energiesparend. Quantencomputer können bestimmte Berechnungen viel schneller durchführen als klassische Computer, was bedeutet, dass sie in vielen Anwendungen weniger Energie verbrauchen, um die gleiche Aufgabe zu erledigen. Durch die Nutzung von Quantenüberlagerung und Verschränkung können Quantencomputer viele Berechnungen gleichzeitig durchführen, was den Energiebedarf senken kann. In bestimmten Bereichen (Kryptographie, Materialwissenschaft) können Quantencomputer Lösungen bieten, die mit klassischen Computern nicht praktikabel oder sogar unmöglich wären, was zudem den Gesamtenergieverbrauch optimiere.
Dennoch werden Quanten-Computer auch das Design künftiger Datacenter verändern – bislang jedoch nur in räumlich begrenzten Abschnitten und keinesfalls flächendeckend.
Fazit
Energieeffizienz ist im Rechenzentrum von einer betrieblichen Optimierungsaufgabe zu einem strategischen Kernthema geworden. Steigende Energiekosten, regulatorische Anforderungen und gesellschaftliche Erwartungen zwingen Betreiber, ihre Infrastrukturen umfassend zu modernisieren. Technische Innovationen in den Bereichen Stromversorgung, Kühlung und Abwärmenutzung bieten erhebliche Einsparpotenziale, erfordern jedoch wohl geplante Projekte, bisweilen hohe Investitionen und integrative Planung.
Gleichzeitig wird deutlich, dass Energieeffizienz nicht isoliert betrachtet werden kann. Sie steht in engem Zusammenhang mit Standortentscheidungen, Netzstabilität, Versorgungssicherheit und Klimapolitik. Zukünftig wird der Erfolg eines Rechenzentrums nicht nur an seiner Verfügbarkeit und Performance, sondern zunehmend an seiner Energie- und CO₂-Bilanz gemessen werden. Energieeffiziente Rechenzentren entwickeln sich damit zu einem zentralen Baustein einer nachhaltigen digitalen Infrastruktur.
Dr. Jörg Schröper ist freier Fachjournalist in München.
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