Rechenzentren als zunehmende Stromverbraucher oder als flexible Bausteine der Energiewende?
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Cloud-Dienste, Streaming, digitale Verwaltung, datenintensive Forschung und Anwendungen auf Basis künstlicher Intelligenz erhöhen die Nachfrage nach Rechenleistung. Dadurch werden Rechenzentren zu einem immer größeren Stromverbraucher. Ihr Stromverbrauch wird sich weltweit zwischen 2025 und 2030 voraussichtlich verdoppeln. Das fordert sowohl die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien als auch die Netzinfrastruktur heraus. Bleiben Rechenzentren vor allem zusätzliche Lasten – oder können sie helfen, ein erneuerbares Stromsystem flexibler zu machen?
Warum ein flexibles Stromsystem wichtiger wird
Je stärker das Stromsystem auf erneuerbaren Energien basiert, desto wichtiger wird Flexibilität, weil die Stromerzeugung stärker schwankt. Wenn viel Wind- oder Solarstrom verfügbar ist, können flexible Verbraucher zusätzliche Energie aufnehmen. Wenn Strom knapp ist oder Netze überlastet sind, können sie ihren Verbrauch senken oder verschieben.
Flexibilität entsteht nicht nur durch Speicher, flexible Kraftwerke und Netzausbau. Auch große Stromverbraucher können dazu beitragen, wenn sie ihren Bedarf zeitlich oder räumlich anpassen. Genau hier kommen Rechenzentren ins Spiel mit drei Einsatzbereich für Flexibilität:
- Marktdienlich: Rechenzentren passen ihren Stromverbrauch an Angebot und Preise an.
- Netzdienlich: Rechenzentren helfen, Netzengpässe zu vermeiden oder zu reduzieren.
- Systemdienlich: Rechenzentren oder ihre Infrastruktur tragen kurzfristig zur Stabilität des Stromsystems bei, etwa über Regelenergie.
Nicht jedes Rechenzentrum ist gleich
Rechenzentren unterscheiden sich stark darin, wie flexibel sie genutzt werden können. So werden Enterprise-Rechenzentren von einzelnen Organisationen für eigene IT-Dienste betrieben und nutzen häufig ältere Infrastruktur. Bei Colocation-Rechenzentren teilen sich mehrere Kund*innen beziehungsweise Mieter*innen die Serverkapazitäten; hier begrenzen Verträge und Zuständigkeiten oft die Steuerbarkeit. Hyperscale-Rechenzentren sind sehr große Rechenzentren mit Cloud-Angebot, die modern ausgestattet sind, zentral gesteuert werden und über mehrere Standorte verfügen. Rechenzentren für künstliche Intelligenz und Hochleistungsrechnen haben eine besonders hohe Leistung und teure Hardware, die möglichst ausgelastet werden soll.
Deshalb hängt Flexibilität nicht nur von der Technik ab, sondern auch vom Geschäftsmodell, den laufenden Anwendungen und den vertraglichen Rahmenbedingungen. Besonders wichtig ist die Unterscheidung zwischen dem, was technisch möglich wäre, und dem, was im realen Betrieb tatsächlich genutzt werden kann.
Drei Wege für flexible Rechenzentren
Um den Stromverbrauch flexibler zu gestalten, gibt es drei Möglichkeiten:
1. Rechenaufgaben verschieben oder anpassen
Das größte Potenzial liegt dort, wo Rechenaufgaben nicht sofort erledigt werden müssen. Sie können an das Stromangebot und die Preise zeitlich angepasst werden. Dabei ist es sinnvoll, bestimmte Leistungen
- zeitlich zu verschieben, wie etwa bestimmte Sammelverarbeitungen von Daten (Batch-Prozesse), Backups oder KI-Trainings
- räumlich auf andere Rechenzentren zu verlagern oder
- zu drosseln oder dynamisch anzupassen (Server Power Scaling).
Durch Kombination verschiedener Maßnahmen können temporär deutliche Lastreduktionen erreicht werden um bis zu 30 Prozent. Diese Werte sind jedoch kontextabhängig und stammen häufig aus Umgebungen, in denen Betreiber volle Kontrolle über Workloads und Steuerungssysteme hatten. Dienstleistungen wie Streaming und Echtzeitsysteme sind dafür wenig geeignet, da sie eine hohe Verfügbarkeit und geringe Latenzen erfordern.
Bewertung: Das Potenzial ist hoch, wenn Betreiber Zugriff auf die Steuerungssysteme haben. Hürden sind Serviceanforderungen beispielsweise nach Geschwindigkeit, vertragliche Zusagen und mögliche Erlösausfälle, wenn teure Rechenkapazität nicht voll genutzt wird. Diese Strategie ist vor allem für marktdienliche Flexibilität geeignet.
2. Nutzung unterstützender Infrastruktur
Rechenzentren verfügen über Infrastruktur, die ihren Betrieb absichert wie unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV-Systeme), Backup-Generatoren und Kühlung. Diese Infrastruktur kann auch für einen flexiblen Strommarkt genutzt werden. USV-Systeme können sehr schnell reagieren und daher für kurzfristige Systemdienstleistungen relevant sein. Auch die Kühlung kann temporär angepasst werden, zum Beispiel über höhere Temperatureinstellungen, was zu etwa 5 bis 10 Prozent temporärer Lastreduktion führen kann, um Netzengpässe zu vermeiden. Backup-Generatoren zu nutzen ist zwar technisch möglich, aber wegen Emissionen, Lärm, Brennstoffbedarf und ihrer eigentlichen Notfallfunktion problematisch.
Bewertung: Das Potenzial hängt stark davon ab, welche Sicherheits- und Kühlinfrastruktur vorhanden ist. Die wichtigste Hürde ist die Betriebssicherheit, da die Verfügbarkeit und Schutz der IT-Systeme nicht gefährdet werden dürfen. Diese Strategie ist vor allem netz- und systemdienlich interessant, etwa bei kurzfristigem Entlastungsbedarf oder für Regelenergie.
3. Zusätzliche Speicher und Erzeugungsanlagen integrieren
Rechenzentren können zusätzliche Anlagen installieren, die gezielt Flexibilität bereitstellen. Sie sind am vielseitigsten und können markt-, netz- und systemdienliche Funktionen unterstützen. Dazu zählen:
- Batteriespeicher,
- thermische Speicher,
- Erzeugungsanlagen vor Ort, etwa Generatoren oder erneuerbare Anlagen.
Diese zusätzliche Infrastruktur greift nicht direkt in den IT-Betrieb ein, hat aber den Vorteil, dass sie sehr schnell einzusetzen ist. Besonders für Rechenzentren mit moderner Kühltechnik wie Flüssigkühlung bieten sich thermische Speicher an. So kann ein Rechenzentrum auf Strompreise, Erzeugungsspitzen oder Netzengpässe reagieren, ohne sofort die eigentliche Rechenleistung anzupassen.
Bewertung: Das Potenzial ist mittel bis hoch, weil zusätzliche Speicher und Erzeugungsanlagen unabhängig vom eigentlichen IT-Betrieb Flexibilität bereitstellen können. Die wichtigste Hürde sind Investitionskosten, Platzbedarf und die Frage, ob sich die Anlagen wirtschaftlich lohnen. Diese Strategie ist am vielseitigsten, weil sie markt-, netz- und systemdienliche Funktionen unterstützen kann.
Welchen Rahmen kann die Politik stecken?
Technische Möglichkeiten allein reichen nicht aus, um Betreiber für Investitionen in flexible Rechenzentren zu motivieren. Hohe Investitionskosten in Infrastruktur und vertragliche Zusicherungen etwa von Geschwindigkeit wirken hemmend. Hier ist die Politik gefragt. Sie kann Bedingungen und Anreize schaffen, damit Flexibilität wirtschaftlich attraktiv und technisch planbar ist.
- Strommärkte so gestalten, dass Nachfrage gleichberechtigt mit Erzeugungs- und Speicherflexibilität teilnehmen kann.
- Dynamische Stromtarife und geeignete Netzentgeltstrukturen schaffen.
- Flexible Netzanschlussvereinbarungen ermöglichen, damit flexible Rechenzentren schneller oder günstiger ans Netz kommen können, wenn sie Flexibilität bereitstellen
- Netzengpässe stärker in Anreize übersetzen, ohne Betriebssicherheit zu gefährden.
- Beschaffung erneuerbarer Energien stärker zeitlich koppeln, etwa über stündliches Matching statt reiner Jahresbilanzierung.
- Informationspflichten, Standards oder Mindestanforderungen für Rechenzentren prüfen.
- Flexibilität bereits in Planung und Design neuer Rechenzentren mitdenken, statt später teuer nachzurüsten.
Ohne politische Anreize bleiben Rechenzentren Stromlast. Mit Anreizen können sie jedoch ein sinnvoller Baustein für zukünftiges, flexibles Stromsystem sein.
Prof. Dr. Dierk Bauknecht ist Experte für den Stromsektor und arbeitet als Gruppenleiter Energiesystemanalyse & Regulierung im Bereich Energie & Klimaschutz am Standort Freiburg.
