Stromverbrauch von Rechenzentren

Rechenzentren gehören zu den energieintensiven Teilen der digitalen Infrastruktur. In Deutschland liegt ihr Verbrauch in der Größenordnung von etwa zwanzig Terawattstunden im Jahr — grob ein paar Prozent des gesamten Stromverbrauchs. Die Zahl schwankt je nach Erhebung erheblich, weil schon die Abgrenzung strittig ist: Zählt der Serverraum einer Kreisverwaltung mit?

Wohin der Strom geht

In einer modernen Anlage verteilt sich der Verbrauch grob so:

• IT-Technik — Server, Speicher, Netz: der größte Block, bei gut gebauten Anlagen um die 70 bis 80 Prozent
• Kühlung — der zweitgrößte Posten
• Stromversorgung — Verluste in USV, Transformatoren und Verteilung
• Nebenverbrauch — Beleuchtung, Sicherheitstechnik, Brandschutz

Das Verhältnis zwischen Gesamtverbrauch und IT-Anteil ist die Kennzahl PUE. Sie beschreibt die Effizienz der Gebäudetechnik — und hat die bekannte Schwäche, über die Nützlichkeit der Rechenarbeit nichts zu sagen.

Die Verschiebung durch KI

Über zwei Jahrzehnte wurden Rechenzentren effizienter, während ihre Rechenleistung stieg. Der Verbrauch wuchs deshalb langsamer, als man erwartet hätte.

Dieser Ausgleich hält derzeit nicht mehr Schritt. Beschleuniger für KI-Berechnungen ziehen pro Rack ein Vielfaches dessen, was klassische Server brauchen, und die Effizienzgewinne der Gebäudetechnik sind weitgehend ausgereizt — ein PUE von 1,2 lässt sich nicht mehr halbieren.

Hinzu kommt ein Effekt, der sich der Technik entzieht: Billigere Rechenleistung erzeugt neue Nachfrage. Was effizienter wird, wird mehr genutzt.

Was der Gesetzgeber verlangt

Mit dem Energieeffizienzgesetz (EnEfG) von 2023 gelten für Rechenzentren in Deutschland erstmals verbindliche Vorgaben. Der Kern:

• Grenzwerte für den PUE — Neubauten müssen einen festgelegten Höchstwert einhalten, Bestandsanlagen bekommen längere Fristen und einen etwas höheren Wert.
• Anteil erneuerbarer Energie am bezogenen Strom, in Stufen steigend.
• Abwärmenutzung — Neubauten müssen einen Teil ihrer Abwärme nutzbar machen, soweit Abnehmer vorhanden sind.
• Energie- oder Umweltmanagementsystem ab einer bestimmten Anschlussleistung.
• Meldepflicht in ein öffentliches Register.

Die genauen Schwellen und Stichtage stehen im Gesetz und sind mehrfach angepasst worden; wer sie braucht, sollte sie dort nachschlagen statt sich auf Zusammenfassungen zu verlassen.

Abwärme ist das eigentliche Thema

Ein Rechenzentrum wandelt nahezu den gesamten aufgenommenen Strom in Wärme um. Diese Wärme ist nicht verloren, sondern nur schwer zu gebrauchen — sie fällt auf niedrigem Temperaturniveau an, meist um die 30 Grad, und damit zu kalt für ein herkömmliches Fernwärmenetz.

Nutzbar wird sie auf zwei Wegen: über Wärmepumpen, die das Niveau anheben und dafür wieder Strom brauchen, oder über Abnehmer, die niedrige Temperaturen vertragen — Neubaugebiete mit Flächenheizung, Schwimmbäder, Gewächshäuser.

Wassergekühlte Anlagen haben hier einen Vorteil: Sie liefern höhere Rücklauftemperaturen als luftgekühlte und sind damit leichter einzubinden. Das ist einer der Gründe, warum Wasserkühlung über die KI-Anwendungen hinaus an Bedeutung gewinnt.

Die Grenze ist meist nicht technisch, sondern örtlich: Ein Rechenzentrum im Gewerbegebiet hat niemanden, der die Wärme abnimmt.

Was den Verbrauch senkt

• Auslastung. Ein Server, der nichts tut, verbraucht trotzdem einen erheblichen Teil seiner Höchstleistung. Wenige gut ausgelastete Maschinen schlagen viele halbleere.
• Höhere Zulufttemperaturen. Die Empfehlungen der ASHRAE erlauben deutlich wärmere Luft, als früher üblich war. Jedes Grad mehr verlängert die Zeit, in der freie Kühlung ohne Kältemaschine auskommt.
• Abschalten statt Vorhalten. Alte Hardware, die „für alle Fälle" läuft, ist in vielen Häusern ein stiller Posten.

Einordnung

Die großen Neubauprojekte werden heute in Megawatt Anschlussleistung angekündigt, nicht in Quadratmetern — und einzelne davon liegen bei mehreren hundert Megawatt. Welche das in Deutschland sind und wo sie entstehen, führt das Rechenzentrums-Verzeichnis auf.

Normen

• EN 50600-4-2 – Power Usage Effectiveness
• EN 50600-4-6 – Anteil erneuerbarer Energien