Energieeffiziente Niederspannungsanlagen steigern die Effektivität des Energiekonsums im Datacenter
Vorhandene Potenziale heben
Datacenter rücken heute bei operativen und strategischen Entscheidungen immer mehr in den Fokus. Denn die Digitalisierung und in ihrem Gefolge rasant wachsende Datenmengen erfassen nahezu alle Industrie- und Wirtschaftsbereiche. Daten avancieren zu einem der wichtigsten Assets eines Unternehmens und Themen rund um ihre Sicherheit und Verfügbarkeit werden auf der Agenda von Vorstandssitzungen ganz nach oben katapultiert. Daten sind die neuen Produktionsfaktoren und ihre Speicherung gestaltet sich zunehmend komplex und raumgreifend. Untergebracht in Serverschränken fristeten die gesammelten Daten sowie die zugehörigen IT- und KT-Systeme in der Vergangenheit ein oft staubiges Dasein. Heute haben sie sich aus den Abstellkammern verabschiedet und sind in eigens ausgerüstete Räumlichkeiten umgezogen: in Datacenter. Aber auch hier wird der Platz knapp – und teuer.
Hiesige Rechenzentren stehen heute vor einer der größten Herausforderungen ihrer Geschichte: dem Energiehunger der Digitalisierung. Cloud Computing, IoT, Big Data, Smartphones, Tablets, Videostreaming – all diese Trends treiben den Bedarf nach Datenspeicher und Rechenkapazitäten in schwindelerregende Höhen. Die Konsequenz ist erschlagend simpel: Nimmt die Rechenleistung zu, steigt gleichzeitig auch der Energiebedarf. Was das bedeutet? Liegt der jährliche Stromverbrauch deutscher Rechenzentren schon heute bei 12,4 Terawattstunden, so wird er nach einer Studie, die jüngst im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie erarbeitet wurde, bereits im Jahr 2020 auf 14 und 2025 sogar auf 16,4 Terawattstunden anwachsen. Allein in den kommenden zehn Jahren wird der Gesamtenergieverbrauch also um rund 30 Prozent zunehmen. Hersteller und RZ-Betreiber stehen daher vor einem Dilemma und der Erfolg der boomenden RZ-Branche fordert seinen Tribut: Deutsche Rechenzentren verbrauchen so viel Strom wie nie zuvor und eine Trendwende ist nicht in Sicht. Energieeffizienz ist daher das Gebot der Stunde. Doch der Spielraum ist begrenzt, das Potenzial scheinbar ausgereizt. Ein Blick auf die Verteilung der Stromverbräuche und auf den branchenüblichen PUE-Wert von durchschnittlich 1,9 (siehe Kasten) lässt hier jedoch einen Lösungsweg erkennen. Denn knapp 50 Prozent des Gesamtenergieverbrauchs geht nicht in die Server- und Rechenleistung, sondern in die Energieverteilung des gesamten Datacenters – inklusive physikalischer Infrastruktur wie Licht, Kühlung oder unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV). Hier ist die Stellschraube um Energie einzusparen, die Gesamtkosten zu senken und die PUE in Richtung des optimalen Wertes von 1,2 zu bringen. Wie kann nun ein solches System, das die Energieverteilung in Rechenzentren effizient gestaltet, beschaffen sein? Und welche Unterscheidungskriterien lassen sich zur Kategorisierung des Stromverbrauchs der IT-Last und der physikalischen Infrastruktur unterscheiden?
Die digitalen Module des offenen Leistungsschalters liefern Daten für die besonders im Datacenter immens wichtige Sicherung der konstanten Netzqualität.(Bild: Schneider Electric GmbH)
Kategorisierung von Lastabnehmern im Datacenter
Zugegebenermaßen ist die Zuordnung in IT-Last und physikalische Infrastruktur nicht immer eindeutig. Entsprechend unspezifisch ist der PUE-Wert in seiner Aussage. Während einige Lastabnehmer eine klare Zuordnung in eine Leistungskategorie erlauben, lassen sich andere nicht deutlich klassifizieren. So gehen Stromverbräuche von Servern, Speichereinheiten oder Netzwerkausrüstungen definitiv zu Lasten der IT. Verbrauchte Kilowattstunden in diesem Bereich verhalten sich relativ stabil und bieten eher wenig Optimierungspotenzial. Statische Netzumschalter (STS), Stromverteiler (PDU) oder unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV) werden üblicherweise dem Konto der physikalischen Infrastruktur belastet. Schaltanlagen, Schalttafeln oder auch die Netzersatzanlage hingegen bedienen IT wie auch Infrastruktur. Ihr Stromverbrauch lässt sich gewöhnlich nicht getrennt quantifizieren. Aber genau bei den beiden letzten Kategorien liegt das Potenzial, das zu heben eine enorme Energieeinsparung verspricht. Der Weg zum kosteneffizienten Umgang mit der Stromversorgung führt über die Allokation aller Verbräuche – zunächst unabhängig davon, ob sie der IT oder der Infrastruktur zugerechnet werden. Dies bedarf eines Systems, das in der Lage ist, bis in den kleinsten Verbraucher hinein detaillierte Messungen vorzunehmen. Energieeffiziente Niederspannungsanlagen „Smart Panels“, wie die des Energiespezialisten Schneider Electric, leisten genau dieses: Als intelligente Schaltanlagen messen sie Stromverteilung, -qualität und -verbrauch und bilden die Schnittstelle zum Energiemanagementsystem. Sie vernetzen angeschlossene Geräte und steuern die Last aufgrund der gewonnenen Daten unter Berücksichtigung der vom Planer konfigurierten Parameter. Um diesen modernen Anforderungen – messen, vernetzen, agieren – eines effizienten Energiemanagements gerecht zu werden, entwickelt Schneider die Komponenten seiner Smart Panels stetig weiter.
Digitale Module skalieren Performance des Masterpact MTZ
Als einer der Hauptakteure in energieeffizienten Schaltanlagen ermöglicht heute beispielsweise der offene Leistungsschalter Masterpact MTZ für 630A bis 6300A die integrierte Leistungs- und Energiemessung der Genauigkeitsklasse 1 und punktet mit modular erweiterbaren Funktionen. Über Software-Module werden diese Funktionserweiterungen einfach im Auslösegerät Micrologic X installiert. Diese „digitalen Module“ stehen zur schnelv und Korrekturmaßnahmen direkt eingeleitet werden. Mit der Überwachung der Anlagenzustände und den entsprechenden Statusmeldungen der einzelnen Schaltgeräte wird kontrolliert, ob die Anlagen ordnungsgemäß laufen. Eventuelle Unregelmäßigkeiten werden per Push-Nachricht gemeldet. Im Idealfall greift die korrigierende Maßnahme, bevor es zu einem Ausfall kommt und das Datacenter kann ohne Ausfallzeiten sicher und zuverlässig weiter betrieben werden. Abrufbar sind die erfassten Werte per Smartphone oder Tablet (NFC/BLE) vor Ort aber auch remote über Webzugriff per Multi-Monitor-System – ein Plus für Datacenter Manager, die auch aus der Ferne die Ursache eines Störfalls schnell diagnostizieren und entsprechend handeln können. Die erhobenen Daten dienen jedoch nicht nur der akuten Fehlerbehandlung. Sie lassen vor allem Rückschlüsse darauf zu, wo Energieeinsparungspotenziale liegen und welche Maßnahmen sich zur Optimierung speziell in der Infrastruktur eines Rechenzentrums, also in der Niederspannungsanlage, anbieten. Denn die Messungen gehen je nach Konfiguration und Parametrierung weit über die Erfassung des Gesamtverbrauchs hinaus: Sind z.B. gemäß DIN VDE0100-801 Zonen und Maschen in der Struktur der Niederspannungsanlage im Datacenter definiert, kann der Energieverbrauch mit den Komponenten eines Smart Panels bis in die kleinsten Lastabnehmer aufgezeichnet werden. Auch multifunktionale Digitalgeräte aus das Power-Meter-Serie zur Datenerfassung und -steuerung einzelner Racks erhöhen die Transparenz und Allokation der Energieverbräuche. Erst eine derart granulare Erfassung der Verbrauchsdaten in Verbindung mit den intelligenten Steuerungskomponenten des Smart Panels ermöglicht eine Optimierung der Energieverteilung. Die damit einhergehende Senkung der Gesamtbetriebskosten schlägt sich natürlich auch positiv bei der Berechnung des PUE-Wertes nieder. Je niedriger hier der Anteil der Kosten für Energieverteilung ist, desto schneller entwickelt sich die PUE hin zu dem derzeit diskutierten Idealwert von 1,2.
Formel zur Berechnung des PUE-Wertes
(Bild: Schneider Electric GmbH)
Die Power Usage Effectiveness (PUE-Wert) ist eine technische Kennzahl, mit der sich die Energieeffizienz eines Datacenters ausdrücken lässt. Der PUE-Wert setzt den Gesamtenergieverbrauch
eines Datacenters ins Verhältnis zu dem Verbrauch der IT-Infrastruktur. Wenn also der PUE-Wert den Gesamtenergie-Aufwand des Rechenzentrums ins Verhältnis zur Energieaufnahme
der Rechner-Infrastruktur setzt, fließt bei einem theoretischen PUE-Wert von 1 die gesamte Leistung da hinein. In der Praxis werden Werte bis 1,2 als sehr effizient beurteilt. Konventionelle
Rechenzentren weisen in der Regel einen PUE-Wert von 1,9 auf. Das heißt, fast die Hälfte der Gesamtenergieaufnahme wird nicht für den eigentlichen Zweck – also die Rechenleistung– verwendet. (Quelle: www.datacenter-insider.de)
Fazit
Aller Effizienzfortschritte in der digitalen Welt zum Trotz müssen gerade im Hochstrompreisland Deutschland dringend neue Energieeinsparlösungen her. Dies gilt besonders für Datacenter, deren Energiebedarf in den kommenden zehn Jahren um 30 Prozent steigen soll. Die Nutzungseffizienz in Datacenter, die als PUE-Wert ausgedrückt heute bei durchschnittlich 1,9 liegt, birgt ein bislang noch wenig beachtet Einsparpotenzial. Energieeffiziente Niederspannungsanlagen helfen, dieses Potenzial zu heben.
