Netzersatzanlage

Eine NEA (Netzersatzanlage) erzeugt bei Ausfall des öffentlichen Netzes selbst Strom und versorgt damit die angeschlossene Anlage weiter. In Rechenzentren ist es fast immer ein Dieselgenerator.

Abgrenzung zum Notstromaggregat

Die beiden Begriffe werden im Alltag gleichgesetzt, meinen aber Unterschiedliches.

Ein Notstromaggregat versorgt nur die sicherheitsrelevanten Verbraucher — Fluchtwegbeleuchtung, Brandmeldeanlage, Aufzüge. Es ist eine Auflage aus dem Baurecht und für die Rettung von Menschen gedacht, nicht für den Weiterbetrieb.

Eine Netzersatzanlage ersetzt das Netz vollständig, also auch die IT-Last, die Kühlung und alles andere. Sie ist keine gesetzliche Auflage, sondern eine betriebliche Entscheidung.

Ein Rechenzentrum, das nur ein Notstromaggregat hat, kann bei einem Stromausfall gefahrlos geräumt werden — aber nicht weiterarbeiten.

Das Zusammenspiel mit der USV

Die Aufgabenteilung ist der Kern des Themas.

Eine NEA braucht vom Startbefehl bis zur stabilen Spannung rund zehn bis fünfzehn Sekunden: Der Motor muss anlaufen, hochdrehen und der Generator auf Frequenz und Spannung kommen. In dieser Zeit liefert die USV.

Netzausfall
   |
   |-- 0 s      USV übernimmt unterbrechungsfrei
   |-- ~2 s     Netzausfall als solcher erkannt, NEA erhält Startbefehl
   |-- ~15 s    NEA auf Nennspannung, Umschaltung, USV lädt wieder
   |
   +-- danach   Betrieb auf NEA, begrenzt durch den Kraftstoffvorrat

Keine der beiden Anlagen ersetzt die andere. Die USV kann nicht lange genug, die NEA nicht schnell genug.

Auslegung

Leistung. Zu bemessen ist nicht die IT-Last allein, sondern die Gesamtlast einschließlich Kühlung — und die ist im Sommer am höchsten, wenn die Wahrscheinlichkeit eines Netzausfalls durch Gewitter ebenfalls steigt. Ein häufiger Auslegungsfehler ist, die Kühlung zu knapp oder gar nicht einzurechnen.

Zu berücksichtigen ist außerdem der Anlaufstrom: Kältemaschinen ziehen beim Start ein Vielfaches ihrer Nennleistung. Deshalb werden Verbraucher nach dem Umschalten meist gestaffelt zugeschaltet statt gleichzeitig.

Kraftstoff. Üblich sind Vorräte für 24 bis 72 Stunden Volllast. Darüber hinaus hängt alles an Lieferverträgen mit Kraftstofflieferanten — die im großflächigen Stromausfall genau dann gefragt sind, wenn alle anderen sie auch brauchen. Dieselkraftstoff altert; ohne Umwälzung, Filterung oder regelmäßigen Austausch ist der Vorrat nach ein bis zwei Jahren nicht mehr zuverlässig.

Redundanz. Wie bei der USV: N, N+1 oder 2N. Eine einzelne NEA ist ein Einzelfehlerpunkt für den gesamten Standort.

Probeläufe

Eine NEA, die nie läuft, ist im Ernstfall ein Risiko. Übliche Praxis ist ein monatlicher Kurzlauf und ein jährlicher Lastlauf.

Der Unterschied ist wesentlich. Ein Leerlauf zeigt nur, dass der Motor anspringt. Erst ein Lauf unter realer oder künstlicher Last zeigt, ob die Anlage die geforderte Leistung dauerhaft bringt, ob die Umschaltung funktioniert und ob die Kühlung des Generators ausreicht. Dauerhafter Leerlauf schadet Dieselmotoren sogar — unverbrannter Kraftstoff verschmutzt die Brennräume.

Der Lastlauf ist zugleich der Punkt, an dem sich zeigt, ob die Anlage wirklich alles versorgt, was sie versorgen soll. Nicht selten stellt sich dabei heraus, dass einzelne Verteilungen nie umgeklemmt wurden.

Genehmigung und Emissionen

In Deutschland fallen Dieselmotoren in Netzersatzanlagen unter die Verordnung über mittelgroße Feuerungsanlagen. Für den reinen Notbetrieb gelten Erleichterungen — die Anlagen sind von den regulären Grenzwerten ausgenommen, solange sie nur bei Netzausfall und für begrenzte Prüfzeiten laufen.

Diese Ausnahme hat eine praktische Folge: Wer seine NEA wirtschaftlich nutzen will, etwa zur Netzstabilisierung oder zum Kappen von Lastspitzen, verlässt den Notbetrieb und damit die Erleichterung. Die Anlage wird dann wie eine gewöhnliche Feuerungsanlage behandelt und braucht entsprechende Abgasreinigung.

Hinzu kommen Auflagen zur Lagerung des Kraftstoffs und zum Schallschutz — Letzteres in innerstädtischen Lagen regelmäßig die engere Grenze als die Abgaswerte.

Alternativen

Batteriespeicher anstelle einer NEA scheitern an der Dauer: Für Stunden bis Tage wäre die Speichergröße unverhältnismäßig. Als Ergänzung zur Überbrückung längerer Anlaufzeiten sind sie üblich.

Gasmotoren entfallen für den Notbetrieb meist, weil die Gasversorgung im großflächigen Stromausfall ebenfalls gefährdet sein kann — der Vorteil einer NEA ist gerade, dass ihr Energievorrat auf dem Grundstück steht.

Hydriertes Pflanzenöl als Ersatz für fossilen Diesel setzt sich zunehmend durch. Es ist ohne Umbau einsetzbar, lagerstabiler als Biodiesel und senkt die CO₂-Bilanz erheblich. Der Preis liegt über dem von Diesel.

Brennstoffzellen werden erprobt, sind aber bei den in Rechenzentren üblichen Leistungen noch die Ausnahme.

Abgrenzung

Die USV überbrückt Sekunden bis Minuten ohne Unterbrechung. Die NEA überbrückt Stunden bis Tage, braucht dafür aber Anlaufzeit.

Eine zweite Netzeinspeisung aus einem anderen Umspannwerk schützt gegen lokale Störungen, nicht gegen einen großflächigen Ausfall.

Quellen

• EN 50600-2-2: Informationstechnik — Einrichtungen und Infrastrukturen von Rechenzentren — Stromversorgung
• ISO 8528: Stromerzeugungsaggregate mit Hubkolben-Verbrennungsmotor
• 44. BImSchV: Verordnung über mittelgroße Feuerungs-, Gasturbinen- und Verbrennungsmotoranlagen