Rechenzentrum: Was macht eine Netzersatzanlage und welche Rolle spielen Brennstoffzellen dabei?

Eine kurz NEA genannte Netzersatzanlage ist wie eine große, unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) für Rechenzentren, allerdings unterstützt durch einen meist mit Gas oder Diesel betriebenen Generator. Wasserstoff und Brennstoffzellen sind dabei eine gute Alternative, wie Axians zeigt.

In Deutschland gibt es glücklicherweise selten Stromausfälle. 2021 mussten die Haushalte laut Handelsblatt im Schnitt mit 12,7 Minuten ohne Strom auskommen. 2006 kam es aber wegen eines Abstimmungsfehlers bei der Überführung eines Kreuzfahrtschiffes in Teilen von Deutschland, Frankreich, Belgien, Italien, Österreich und Spanien zu einem Blackout von über 120 Minuten. Für Rechenzentren, Krankenhäuser und andere kritische Infrastrukturen (KRITIS) wäre so etwas fatal.

Daher müssen diese Einrichtungen für den Notfall gerüstet sein und über Stromspeicher und Generatoren, sprich über sogenannte Netzersatzanlagen, kurz NEA, verfügen. Der Generator muss im Datacenter in der Lage sein, mindestens für 48 Stunden, bestenfalls sogar für eine Woche und mehr ausreichend Strom zu liefern, um die Server und Kühlanlagen zu versorgen, wenn es zu einem solchen längeren Blackout kommt. Sie speisen dann auch die Aggregate für die Unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV), die natürlich viel größer sind, als die in vielen Büros vorhandenen Geräte.

Was eine NEA ausmacht und wie sie aufgebaut ist

Wie der Axians-Projektleiter Björn Prössler in einem Beitrag erklärt, kommen in  der Kommunikationstechnik hauptsächlich Gleichstrom- oder DC-Systeme mit 48 Volt zum Einsatz. Gleichrichtermodule wandeln dabei für die Stromversorgung den AC- oder Wechselstrom aus dem Netz in die benötigte DC-Spannung um.

NEA's sind ähnlich wie große Stromversorgungen für Rechenzentren (Quelle: Adobe Stock / BORIS).

Weit verbreiteter seien aber Stromversorgungseinheiten mit redundanten Gleichrichtern, wobei man auch von x+n-Redundanz spricht und x für die Zahl zusätzlicher Gleichrichtermodule steht.

Der Generator mit Antriebsmotor, Abgasanlage und Kraftstoffsystem hat in der Regel noch einen Gas- oder Dieselantrieb und bezieht die fossilen Brennstoffe meist aus in den Kellerräumen oder außen aufgestellten Tanks. Denkbar sind beim Betrieb mit Erdgas und Wasserstoff sowie Brennstoffzellen aber auch externe Zuleitungen, sofern die ausreichende Sicherheit gewährleistet ist.

Mehrere parallel betriebene Anlagen benötigen zudem eine entsprechend leistungsstarke Schaltanlage und eine übergeordnete Steuerung, bei der das erste hochgelaufene Aggregat die Master-Funktion innehat. Laut Gesetzgeber dürfen NEAs nur 500 Stunden im Jahr den RZ-Betrieb aufrechterhalten, es sei denn, die Anlage erfüllt noch strengere Auflagen. Die maximal zulässige Unterbrechungszeit bis zum Anspringen des Generators darf nur 15 Minuten betragen, sind keine Batteriebänke vorhanden, sogar nur 0,5 Sekunden, denn sonst ist der Betrieb des Rechenzentrums gefährdet.

Kommt es zu einem Stromausfall, startet zunächst in der Regel der Verbrennungsmotor. Ist die Nenndrehzahl erreicht, wird der normale Netzschalter ausgekuppelt und der des Generators eingekuppelt, wobei es zu Unterbrechungen kommen kann. Fließt dann wieder ausreichend Netzstrom, passt der Generator die jeweiligen Sinuswellen an, sodass sie übereinstimmen. Der Netzschalter wird dann eingekuppelt, der des Generators ausgekuppelt, wobei die beiden Systeme vorübergehend parallel laufen, bevor der Generator ganz herunterfährt.

Wasserstoff-Brennstoffzellen immer interessanter

Wie Olaf Niemeitz, Business Area Leiter bei Axians Deutschland, in einem Interview mit LANline sagt, sind wegen steigender Gaspreise und der Nachhaltigkeit geschuldet bei Rechenzentren auch Stromsysteme auf Basis von Wasserstoff-Brennstoffzellen mehr und mehr im Gespräch. Am besten ist natürlich, wenn der Wasserstoff regenerativ erzeugt wird, wobei Deutschland hier nur begrenzte Möglichkeiten bietet, weshalb die Bundesregierung derzeit bemüht ist, Allianzen mit sonnen- und windreicheren Ländern zu schmieden.

Die steigenden Gaspreise sind im Moment ein großes Thema doch Deutschland hat nur begrenzte Mittel um dagegen vorzugehen (Quelle: Adobe Stock / Flash concept)

Brennstoffzellen, wie die VINCI-Töchter Axians und Actemium sie zum Teil schon in Rechenzentren und anderen Infrastrukturen einsetzen, sind in Verbindung mit grünem Wasserstoff sehr CO2-arm. Sie bieten sich daher nicht nur für den Antrieb der Generatoren generell als Alternative für die RZ-Stromversorgung an. Wichtig sind dabei aber auch der sorgsame Umgang und die entsprechenden Speichermöglichkeiten für den extrem flüchtigen und hochbrennbaren Wasserstoff. Statt in flüssiger Form lässt der sich unter anderem auch in hochreinem Silizium speichern, was sehr viel sicherer, aber auch noch deutlich teurer ist. Als die von der Münchener Rück angeführte deutsche Desertec Foundation 2009 anlief, kam sogar die Idee auf, in der Wüste gewonnenen Wasserstoff in reinem Wüstensand zu bündeln, um ihn so nach Europa zu transportieren.

Axians und Actemium sind der Entwicklung, was Wasserstoff und Brennstoffzellen angeht, in Vielem voraus und kümmern sich auch um die Pilotbeauftragung für solche Projekte. Axians hat zusammen mit Computerwoche einen Quickguide für energieeffiziente Rechenzentren erstellt und weist in sechs Schritten darauf hin, wie Betreiber durch den Nachhaltigkeits-Dschungel und zu mehr Klimaeffizienz finden.

Quelle Titelbild: Adobe / sommart

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