Rechenzentren in Deutschland verbrauchen derzeit rund 20 TWh Strom pro Jahr, was etwa 4 Prozent des gesamten Strombedarfs entspricht. Durch KI und neue Rechenzentren wird sich der Energiebedarf in den kommenden Jahren voraussichtlich verdoppeln. Die steigende Nachfrage nach Anschlussleistung führt bereits heute vielerorts zu Netzengpässen und erhöht den Ausbaubedarf an Stromnetzen und Umspannwerken. Im Zuge dessen werden Batteriespeicher zunehmend in Rechenzentren integriert. Für Speicherbetreiber kann dies einen entscheidenden Vorteil bieten: den Zugang zu einem Netzanschluss. Welche Einsatzmöglichkeiten sich insgesamt ergeben, erfahren Sie in diesem Newsbeitrag.
In jüngster Zeit rückt der Einsatz von Batteriespeichern zur Versorgung von Rechenzentren zunehmend in den Fokus, weil die Kosten für Speicher in den vergangenen Jahren deutlich gesunken sind und sie dadurch wirtschaftlich attraktiver geworden sind.
Gleichzeitig stehen Rechenzentren vor der Herausforderung, ihre Lastprofile im Stromnetz präzise zu messen. „Deswegen reservieren Rechenzentren häufig höhere Netzkapazitäten, als sie eigentlich benötigen, gelten als unflexibel und verursachen Lastspitzen, die die Anschlusskapazität und damit auch die Kosten bestimmen. Kommen Batteriespeicher zum Einsatz, erhöht sich die Flexibilität im Lastmanagement deutlich. Das wird insbesondere in einem Stromnetz mit wachsendem Anteil erneuerbarer Energien immer wichtiger“, erläutert Dr. Simon Koch, Senior Project Manager BESS bei Arcadis Germany.
„Der Ausbau neuer Rechenzentren wird häufig durch lange Wartezeiten auf leistungsfähige Netzanschlüsse gebremst, die oft viele Jahre dauern. Da Rechenzentren jedoch bereits innerhalb von zwölf bis achtzehn Monaten gebaut werden können, setzen viele Betreiber auf Microgrids“, so Dr. Kai-Philipp Kairies, Geschäftsführer bei ACCURE Battery Intelligence. Dabei wird neben dem Rechenzentrum eine eigene Energieerzeugung aufgebaut, häufig bestehend aus Gasturbinen, Batteriespeichern und teilweise auch Solaranlagen.
Moderne Rechenzentren arbeiten mit Hunderttausenden von Grafikprozessoren (GPUs). Diese wechseln ständig zwischen Phasen sehr hoher Rechenleistung mit entsprechend hohem Stromverbrauch und Phasen geringerer Leistungsaufnahme. Dadurch entstehen starke und schnelle Schwankungen im Strombedarf.
„Solche Lastwechsel können zu erheblichen Belastungen im Stromsystem führen und würden eine Gasturbine ohne Zwischenspeicher stark beanspruchen oder sogar beschädigen. Der Batteriespeicher wirkt daher als Puffer zwischen Stromerzeugung und Verbrauch: Er gleicht diese Schwankungen aus, stabilisiert die Stromversorgung und schützt die Erzeugungsanlagen“, sagt Dr. Kairies.
Batteriespeicher kommen in Rechenzentren vor allem zum Einsatz, um kurzfristige Stromausfälle von wenigen Minuten abzufangen, bis die Stromversorgung durch Notstromaggregate wiederhergestellt ist. Ein vollständiger Ersatz der heute eingesetzten „Backup-Diesel“ ist bislang nicht absehbar. „Für eine umfangreiche Notstromanwendung mit Speichern wären sechs Stunden oder mehr erforderlich. Solche langen Speicherzeiten sind aktuell noch deutlich teurer als der Einsatz von Diesel- oder Gasmotoren und deshalb wirtschaftlich nicht konkurrenzfähig. Mit weiter sinkenden Kosten für Batteriespeicher könnte sich das in den kommenden Jahren jedoch ändern“, so Dr. Koch.
Der größte Nutzen von Batteriespeichern entsteht, wenn sie flexibel für verschiedene Anwendungen eingesetzt werden – nicht nur als Backup oder zur Spitzenkappung, sondern als Teil eines aktiven Lastmanagements.
Der Ausbau größerer Batteriespeicher mit zusätzlichen Aufgaben wie Lastmanagement oder der Teilnahme am Strommarkt (Intraday- und Regelenergiemarkt) wird intensiv diskutiert; das Interesse hierfür wächst. „Das steht in der Praxis aber oft noch hinter dem Hauptziel, Rechenzentren möglichst schnell ans Netz zu bringen. Viele aktuelle Konzepte ziehen daher den schnelleren Weg der Energieversorgung vor und orientieren sich bei nicht zur Verfügung stehenden Netzanschluss weiterhin an konventionellen Lösungen mit Gasturbinen und Gasmotoren. So können die Rechenzentren schon vor dem vollständigen Netzanschluss betrieben werden. In diesen Szenarien bleiben Batteriespeicher trotzdem unverzichtbar, weil sie Überbrückungs-, Stabilisierungs- und Lastmanagementaufgaben übernehmen müssen“, sagt Dr. Koch.
Die Wirtschaftlichkeit von Batteriespeichern hängt stark von ihrer Kapazität ab: Während hohe Leistung günstig bereitgestellt werden kann, steigen die Kosten deutlich, wenn Energie über längere Zeiträume gespeichert werden soll. Deshalb decken stationäre Batteriespeicher heute meist Zeiträume von zwei bis vier Stunden ab. Daher werden für das Abfangen von Netzausfällen Dieselgeneratoren vorgezogen, weil sie weniger Platz benötigen und durch Nachtanken praktisch unbegrenzt betrieben werden können.
Dadurch, dass Batteriespeicher ihre gesamte Energiekapazität vor Ort bereithalten müssen, erfordern große Speicher erhebliche Flächen. Perspektivisch könnten Redox-Flow-Batterien eine Alternative sein, da sie ebenfalls mit Tanks arbeiten und sich theoretisch nachfüllen lassen. „Diese Technologie befindet sich jedoch noch auf dem Weg zur Marktreife“, so Dr. Koch.
Die größte Herausforderung beim Einsatz von Batteriespeichern in Rechenzentren ist weniger der Netzanschluss als vielmehr die steigende Komplexität der Projekte. Betreiber von Rechenzentren bewegen sich in einem hochspezialisierten Umfeld und verfügen dort über die notwendige Expertise. Mit einem Batteriespeicher kommt jedoch ein zusätzlicher Technologiebereich hinzu, der neues Wissen, zusätzliche Fachkräfte oder externe Partner erfordert. Viele Betreiber stellen sich deshalb die Frage, ob sich dieser zusätzliche Aufwand lohnt.
Gleichzeitig entstehen neue Geschäftsmodelle, um diese Hürde zu reduzieren. Einige Anbieter übernehmen die Investitionskosten für den Batteriespeicher und garantieren dem Rechenzentrumsbetreiber über mehrere Jahre einen festen Strompreis. Im Gegenzug erhalten sie das Recht, den Speicher eigenständig für Strommarktgeschäfte wie Arbitrage zu nutzen und daraus Gewinne zu erzielen. Für Rechenzentren entsteht dadurch der Vorteil planbarer Energiekosten, ohne selbst zusätzliche Expertise für den Betrieb des Speichers aufbauen zu müssen.
Studien wie „The Data Center Industry in Norway 2023-2024“ und „Grids for data centres: ambitious grid planning can win Europe’s AI race“ zeigen, dass viele Rechenzentren im Durchschnitt oft nur rund 40 bis 50 Prozent ihrer reservierten Leistung ausschöpfen, da deutlich mehr Netzkapazität reserviert wird als tatsächlich genutzt wird. Dadurch bleiben große Netzkapazitäten blockiert, obwohl sie nicht dauerhaft benötigt werden.
Ein möglicher Ansatz besteht darin, die ungenutzten Kapazitäten für Batteriespeicher einzuplanen: Rechenzentren verfügen bereits über den notwendigen Netzanschluss, Umspannwerke und die zugehörige Infrastruktur. Dadurch könnten Batteriespeicher deutlich schneller ans Netz gebracht werden als eigenständige Projekte, weil die entscheidenden Engpässe bei Transformatoren, Kabeltrassen und Netzanschlüssen bereits gelöst sind.