Bild 1: »Starline«-Stromschienensysteme sind granular für verschiedene Stromstärken von 40 A bis 1200 A ausgelegt, wobei die Plug-in-Schienenvarianten bei zusätzlichem Energiebedarf ausgetauscht werden können
Der exponentiell wachsende Einsatz von Künstlicher Intelligenz (KI) stellt Betreiber von Rechenzentren (RZ) vor viele Herausforderungen. Eine davon ist die Bereitstellung der elektrischen Energie für die Hochleistungsrechner sowie für die dafür notwendige High-Performance-Infrastruktur. Dabei können moderne Stromschienen mit einem flexibel konfigurierbaren Energiemonitoring die Umsetzung von Strategien ermöglichen, die den Betrieb optimieren, Kosten einsparen und die Gesamtleistung steigern (Bild 1).
Ein aktueller Bericht der internationalen Energieagentur »iea« prognostiziert, dass der Gesamtstromverbrauch von Rechenzentren bis 2026 auf mehr als 1000 TWh ansteigen wird. Da KI-Algorithmen immer komplexer werden und die Arbeitslasten, die sie verursachen, hochdynamisch sind, werden die zugehörigen Server nicht nur in ihrer Anlernphase deutlich mehr als 40 kW elektrische Energie benötigen.
Entsprechend muss auch das Energieversorgungsnetz im Rechenzentrum für Lasten um 40 kW und mehr ausgelegt sein. Viele klassische Stromverteilungssysteme müssen dafür angepasst oder durch ein modernes System ausgetauscht werden.
Neue Anforderungen an den RZ-Betrieb
Die zunehmende Leistungsdichte von KI-Systemen hat einige Auswirkungen auf die Gestaltung und den Betrieb von Rechenzentren. Um diese Lasten bereitstellen zu können sowie die entstehende Abwärme besser in den Griff zu bekommen, bietet es sich an, die relevanten Server mit größerem Abstand voneinander aufzustellen. Das bedeutet aber, dass dieser zusätzliche Platzbedarf bereitstehen muss. Dazu ist es notwendig, das Gebäudedesign, die Raumnutzung sowie die Betriebslogistik zu überarbeiten.
Für klassisch verkabelte Versorgungsnetze in Rechenzentren bedeuten KI- und andere High-Performance-Computing-Anwendungen eine komplexere elektrische Infrastruktur mit deutlich mehr Verteilerschränken. Diese beeinträchtigen den Luftstrom im Doppelboden sowie bei der Kabeleinführung in die Serverschränke und damit die Energieeffizienz.
Traditionell verkabelte Systeme erfordern ferner oft komplexe Installationsprozesse in den Verteilerschränken und den meist vollgepackten Doppelböden und Kabeltrassen, was die Einführung von KI-Anwendungen verzögert und die Installationskosten erhöht. Starre Systeme erschweren außerdem die für die Einführung notwendigen Anpassungen und Erweiterungen.
Hinzu kommt, dass die Elektronik von Hochleistungskomponenten oft empfindlich auf harmonische Schwingungen sowie Spannungsspitzen reagieren, die andere Verbraucher in den Stromkreis einspeisen. Das kann zu Überhitzung und somit Störungen und Ausfällen führen. Außerdem schmälert die dadurch entstandene Blindleistung die Energieeffizienz und kann sogar zum Sicherheitsrisiko werden. Deshalb sollte nicht nur der Verbrauch, sondern auch die Qualität der Stromversorgung kontinuierlich an mehreren Punkten im Versorgungsnetz überwacht werden.
Gesetzliche Anforderungen an die Energieeffizienz
Bild 2: Bei Stromschienensystemen überwachen einfach montierbare Energiemesser wie der »Starline M70 CPM« von Legrand an allen kritischen Stellen im Rechenzentrum die Energieversorgung qualitativ und quantitativ
Rechenzentrumsbetreiber stehen zudem vor dem Dilemma, dass sie einerseits das Wachstum und den steigenden Energieverbrauch bewältigen und zugleich den Anforderungen des Energieeffizienzgesetzes (EnEFG) nachkommen müssen. Damit Rechenzentren künftig möglichst klimaneutral arbeiten, fordert das Gesetz schrittweise Verbesserungen.
So müssen Rechenzentren, die derzeit in Betrieb sind, ab dem 1.7.2027 eine Energieverbrauchseffektivität (Englisch: Power Usage Effectiveness, PUE) von höchstens 1,5 erzielen und ab dem 1.7.2030 dauerhaft eine von höchstens 1,3 im Jahresdurchschnitt. Rechenzentren, die ab Mitte 2026 in Betrieb gehen, müssen sogar einen PUE-Wert von 1,2 erzielen. Diese Forderungen gelten allerdings nicht, wenn die Abwärme durch eine umliegende Gemeinde für ein Wärmenetz genutzt wird.
Außerdem müssen Rechenzentren jetzt schon die Hälfte ihres Stromverbrauchs bilanziell aus Erneuerbaren Energiequellen speisen und ab 2027 vollständig. Darüber hinaus gilt laut EnEfG: »Für Betreiber von Informationstechnik mit einer nicht redundanten Nennanschlussleistung der Informationstechnik ab 500 Kilowatt besteht ab dem 1. Januar 2026 die Pflicht zur Validierung oder Zertifizierung des Energie- oder Umweltmanagementsystems.« Um diese Herausforderungen effektiv zu bewältigen, müssen sich die RZ-Infrastruktur und die RZ-Strategien anpassen, um weiterhin die Anforderungen an Zuverlässigkeit, Effizienz und Nachhaltigkeit gewährleisten zu können.
Stromschienen als Alternative zum verkabelten Versorgungsnetz
Um diese Herausforderungen zu bewältigen, sollten RZ-Leiter eine Modernisierung ihrer Stromverteilungssysteme und ein filigranes Energiemonitoring in Betracht ziehen. Wird dies strategisch angegangen, lassen sich die Energieverteilungs- und Kühlsysteme für eine zunehmende Integration von KI- und Machine-Learning-Anwendungen optimieren sowie die Betriebseffizienz steigern.
Gegenüber klassischen Stromverteilungssystemen bieten zum Beispiel Stromschienen mehrere Vorteile: Von der Decke hängende oder an der Wand montierte Stromschienensysteme entlasten den Doppelboden und verbessern damit die Kühlung der Schränke und erhöhen die Energieeffizienz. Das verbessert die Nachhaltigkeit des gesamten Rechenzentrum-Ökosystems.
Außerdem werden damit Remote Power Panels (RPP) obsolet. Anstatt einer aufwendigen Verkabelung werden Schienensysteme montiert, auf denen Abgangskästen nach Bedarf platziert werden können. Diese Lösung ist erheblich flexibler und zudem einfach skalierbar. Ist eine elektrische Neuanordnung notwendig, werden die Abgangskästen einfach und ohne Betriebsunterbrechung versetzt oder um zusätzliche Einheiten erweitert.
Energiemonitoring im Gebäudemanagementsystem integriert
Bilder 3a und 3b: Die Messlösung besteht aus einem »Starline M70 CPM« als Messknoten (oben), der am Ende einer Stromschiene montiert wird, sowie aus »V70«-Messeinheiten für die Abgangskästen einer Stromschiene (rechts)
Hinzu kommt, dass die elektrische Leistung an den Schienensträngen und Abgangskästen genauso flexibel an allen kritischen Punkten überwacht werden kann. So bietet zum Beispiel der neue »Starline Busway M70 Critical Power Monitor (CPM)« von Legrand (Bild 2) verschiedene Energiemessfunktionen, über die sich die Stromversorgung in unternehmenskritischen Umgebungen optimieren lässt. Die Lösung überwacht Spannung, Stromstärke und Leistung an den Einspeisungen und Abgangskästen von Stromschienensystemen (Bilder 3a und 3b).
Mit diesem Energiemessgerät können RZ-Betreiber fundierte Entscheidungen über die Lastverteilung treffen oder bei auftretenden Problemen zeitnah Maßnahmen ergreifen. Es überwacht zudem die Temperatur und erkennt damit fehlerhafte elektrische Verbindungen in den Einspeisekästen. Außerdem verfügt es über ein schwenkbares Display, das einen schnellen Einblick in die Echtzeit-Messdaten vom Boden aus ermöglicht. Bei Über- oder Unterschreiten von Grenzwerten gibt es akustische Alarme aus.
Darüber hinaus kann es mit Schnittstellen für verschiedene Kommunikationsprotokolle ausgestattet werden. So lässt sich der »M70-CPM« einfach und schnell in ein vorhandenes DCIM- oder BMS-System integrieren und darüber konfigurieren.
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