WÄRMERÜCKGEWINNUNG IN RECHENZENTREN Rahmenbedingungen in Deutschland und Erfahrungen aus Skandinavien. November 2018 Staffan Reveman

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1 WÄRMERÜCKGEWINNUNG IN RECHENZENTREN Rahmenbedingungen in Deutschland und Erfahrungen aus Skandinavien November 2018 Staffan Reveman Reveman Energy Academy

2 STROMMIX Nettostromerzeugung pro Energieträgergruppe 1 Halbjahr in Prozent (DE) Status Quo Erdgas 7,5% Kohle 37,7% Erneuerbare 41,1% Kernenergie 12,7% Sonstige 1,0% 2 Datenquelle: Fraunhofer ISE

3 STROMMIX Nettostromerzeugung pro Energieträgergruppe 1 Halbjahr in Prozent (DE) Erdgas 7,5% Kohle 37,7% Erneuerbare 41,1% Kernenergie 12,7% Sonstige 1,0% 3 Datenquelle: Fraunhofer ISE

4 STROMMIX Nettostromerzeugung pro Energieträgergruppe 1 Halbjahr in Prozent (DE) Erdgas 7,5% Kohle 37,7% Erneuerbare 41,1% Kernenergie 12,7% Sonstige 1,0% 4 Datenquelle: Fraunhofer ISE

5 Stromerzeugung 5 bis 11 November 2018 (Montag bis Sonntag) 5 Quelle: Agora-Energiewende.de

6 Stromerzeugung 5 bis 11 November 2018 (Montag bis Sonntag) 6 Quelle: Agora-Energiewende.de

7 NETZFREQUENZ IN HERTZ (Hz) 49,7 49,8 49,9 50,0 50,1 50,2 50,3 I I I I I I I Strom können wir nicht auf Halde produzieren und dann konsumieren, wenn es uns passt. NACHFRAGE (VERBRAUCH) ANGEBOT (ERZEUGUNG) Wir müssen jeden Tag, jede Stunde, Minute und Sekunde genau so viel Strom erzeugen wie wir verbrauchen, sonst driftet die 50 Hz Netzfrequenz ab und einen BLACKOUT sollten wir vermeiden. 7

8 Status Quo - Decarbonisierung in Deutschland In Deutschland betreiben wir über 130 Kohlekraftwerke Kohlekraftanteil 1 HJ 2018 an Strommix: 37,7 % Gemessen an den absoluten Treibhausgasemissionen ist Deutschland der mit Abstand größte Emittent in Europa Deutschland ist nach wie vor auch weltweit größter Braunkohleverwerter Kernenergie (12,7 %) nehmen wir bis Ende 2022 vom Netz, wie ersetzen? Dilemma: Ständig verfügbarer Wasserkraft ist in Deutschland kaum vorhanden 8 Quelle: SPIEGEL ONLINE und ETS

9 DECARBONISIERUNG?: CO 2 -Ausstoß pro Kilowattstunde Stromerzeugung Schweden Nord-Schweden Deutschland Polen Ungarn UK 10,0 g 0,04 g 424,0 g 670,5 g 206,5 g 388,7 g g CO 2 pro kwh Strom 9 Quelle: OECD

10 Energieeffizienz in Rechenzentren Befragung: Strom aus Erneuerbaren Energien Rechenzentren in Deutschland sind Weltspitze Borderstep Institut Dr. Ralph Hintemann Quelle: Borderstep 2017 n=66 NeRZ - Netzwerk energieeffiziente Rechenzentren

11 11 Quelle: NVE, Norwegen

12 Stromaustausch mit den Nachbarstaaten 1 HJ 2018 Norwegen? 12 Quelle: AG Energiebilanzen - AGEB

13 Energiebedarf Rechenzentren in Deutschland 2017 Anstieg trotz deutlicher Effizienzsteigerungen 5,6 Mio Tonnen CO 2 13 Quelle: Borderstep, Hintemann und TEMPRO 2018

14 Und wie entwickelt sicher der Energiebedarf weiter? 14 Quelle: Borderstep, Hintemann 2018

15 Enorm ansteigender Energiebedarf von Rechenzentren? 3,000 2,500 2,000 1,500 1, Quelle: Borderstep, Hintemann 2018 und Andrae/Edler 2015

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17 GEGENÜBERSTELLUNG STROMERZEUGUNG UND VERBRAUCH 2017 IN TERAWATTSTUNDEN Stromerzeugung Offshore Windkraft DE 17,4 Stromverbrauch Datacenter DE 13,2 Stromverbrauch Berlin 13,8 Stromverbrauch Hamburg 12,3 Stromverbrauch München Quellen: Borderstep, Agee-Stat 2017, Stadtwerke

18 2017 stellten Netzbetreiber 161 TWh Fernwärme zur Verfügung. Anteil fossile Energieträger > 75 Prozent. Wichtigste Energieträger zur Fernwärmeerzeugung waren im Jahr 2017 Erdgas (47 Prozent), Stein- und Braunkohlen (28 Prozent) sowie Abfall (14 Prozent). Der Anteil von Erdgas am Fernwärmeaufkommen hat sich 2017 gegenüber 2016 (44 Prozent) zwar leicht erhöht, liegt aber immer noch unter dem Wert von vor zehn Jahren (2007: 53 Prozent). 18 Quelle: destatis und

19 Energiebedarf Rechenzentren in Deutschland 2017 Anstieg trotz deutlicher Effizienzsteigerungen ABWÄRME 19 Quelle: Borderstep, Hintemann und TEMPRO 2018

20 Energieeffizienz in Rechenzentren Befragung: Abwärmenutzung Mehr als die Hälfte nutzt bereits Abwärme oder plant die Nutzung Borderstep Institut Dr. Ralph Hintemann Quelle: Borderstep 2017 n=66 NeRZ - Netzwerk energieeffiziente Rechenzentren

21 Energieeffizienz in Rechenzentren Befragung: Hemmnisse für die Abwärmenutzung Wirtschaftlichkeit und fehlende Abnehmer Datacentren in Stockholm nutzen Wärmepumpen in einer N+1 Konfiguration. Die Abwärme wird vom Rechenzentrum über die Wärmepumpen direkt in der erforderlichen Temperatur von 85 o C in das Fernwärmenetz eingespeist. Borderstep Institut Dr. Ralph Hintemann Hintemann@borderstep.de Quelle: Borderstep 2017 n=44 NeRZ - Netzwerk energieeffiziente Rechenzentren

22 Green computing redefined From Brown. To Grey... To Green Heat rejection Heat rejection Waste heat Fossil electricity Data Center Cooling Machine Renew. electricity Data Center Free air cooling Renew. electricity Data Center Heat recovery Residential heating Chilled water A data center load of 10 MW can heat around modern residential flats Green Computing Redefined

23 District heating in Stockholm District heating network Started in 1950 s > buildings connected (95% in city center) Water based heat transport km under ground piping 12 TWh/y heat supply 90% renewable energy 5 major heat and power production units with a total capacity of 4000 MW heat and 650 MW electricity Mainova Fernwärmenetz in Frankfurt: 300 km Green Computing Redefined

24 DECARBONISIERUNG DURCH SEKTORKOPPLUNG IN STOCKHOLM: DATACENTER WÄRMERÜCKGEWINNUNG Geschäftsmodell: RZ-Betreiber: Wärme gegen Kälte Ericsson Fernwärmebetreiber: Stockholm Exergi (vormals Fortum Värme) Ausbauphase I Kapazität Kälte: Kapazität Wärme: 5,1 MW 6,4 MW COP: 4,4 Abwärmetemperatur: C Inbetriebnahme: Januar 2018 Temperaturanhebung durch 4 x Wärmepumpen in Reihe Foto: Staffan Reveman 24

25 40 JAHRE WÄRMERÜCKGEWINNUNG IN SCHWEDEN IBM HAT ANGEFANGEN In das IBM-Rechenzentrum in Kista bei Stockholm wird die von den Servern erzeugte Abwärme zurückgewonnen, um die darüber liegenden Büroräume zu beheizen. Die Lösung wurde bereits in den späten 70er Jahren entwickelt und gilt als wegweisend. Heute wird die Abwärme auch an das Fernwärmenetz verkauft. 25 Quelle: IBM Gröna stråk i datahallen

26 Stockholm A Circular City It s time to think of data centers as a resource in the city infrastructure Green Computing Redefined

27 Opex Savings in Stockholm Data Parks OPEX Chiller w/ free coooling mode Stockholm Data Parks - Customer Heat Pump Electricity items Germany Unit Comment Stockholm Unit Comment Power cost, per kwh 0,13 EURO 0,04 EURO Hours 8760 h 8760 h Data Server Capacity, MW 10 MW 10 MW Load 100% 100% Annual MWh MWh MWh # Years 10 yrs 10 yrs IT Power Cost, all yrs EURO EURO Cooling electricity, all yrs EURO N+1 Chiller with free cooling mode EURO N+1 Heat pumps Other, all yrs EURO EURO TOTAL, all yrs EURO EURO ODH Payment, all yrs 0 EURO EURO 10 MW data center load -> ~13 MW heat load, 8 760h Delta, all yrs 0 EURO EURO OPEX Saving Total annual electricity, MWh Mwh Mwh Green Computing Redefined

28 Data Park Kista The Sites Stockholm Kista is one of the major ICT cluster in the world, home of more than ICT companies. There are ICT students at the Kista campuses of Stockholm University and the Royal Institute of Technology. Green Computing Redefined

29 Durchschnittlicher Strompreise für die Industrie in Cent/kWh (inkl. Stromsteuer) Jahresverbrauch 160 bis MWh (Mittelspannungsseitige Versorgung; Abnahme 100kW/1.600h bis 4.000kW/5.000h) 29 Quelle: BDEW Strompreisanalyse Januar 2018

30 30 Quelle: Braunschweiger Zeitung

31 Praxisbeispiel Anschluss eines Rechenzentrums an ein Nahwärmenetz Energieeffizientes Wohnen auf dem Gelände der ehemaligen Kaserne Heinrich der Löwe in Rautheim das ist das Ziel der Partnerunternehmen Kanada Bau Gruppe und MT Massivhaus Gruppe (gemeinsam als Wohnen Heinrich der Löwe GmbH) sowie BS ENERGY. Nun wurde der Kooperationsvertrag zum Aufbau einer zukünftigen Wärmeversorgung für das Neubaugebiet unterzeichnet. Rund 100 Einfamilienhäuser, 32 Doppelhaushälften, circa 95 Reihen-Stadthäuser und etwa 350 Wohnungen sollen dort entstehen, wo bis 2003 noch Soldaten stationiert waren. Für die entsprechende Wärmeversorgung sorgt BS ENERGY mit dem Aufbau eines neuen Nahwärmenetzes. In dieses Netz soll Abwärme aus einem Rechenzentrum im benachbarten Gewerbegebiet eingespeist werden. Das Prinzip dahinter: Die Server des Rechenzentrums benötigen eine Klimatisierung, um einwandfrei zu funktionieren und die dabei entstehende Wärme soll mit Hilfe einer Wärmepumpe in das neue Wärmenetz eingespeist werden. Darüber hinaus erhält das Neubaugebiet einen Anschluss an das bestehende Braunschweiger Fernwärmenetz. Das macht die zukünftige Versorgung zusätzlich effizient, denn in den sogenannten Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen im Heizkraftwerk Mitte an der Hamburger Straße wird Wärme und Strom gleichzeitig erzeugt. So ist die Wärmeversorgung klimaschonender, als Wärme die von Heizungsanlagen in jedem einzelnen Gebäude produziert wird. Im Mai sollen die Bauarbeiten für die ersten Wohnhäuser starten. Im nächsten Winter können diese bereits mit Fernwärme versorgt werden. Dr. Ralph Hintemann, NeRZ - Netzwerk Energieeffiziente Rechenzentren, hintemann@borderstep.de 3 1

32 Praxisbeispiel Anschluss eines Rechenzentrums an ein Nahwärmenetz Dr. Ralph Hintemann, NeRZ - Netzwerk Energieeffiziente Rechenzentren, hintemann@borderstep.de 10

33 FAZIT In Deutschland dominieren bis heute fossile Energieträger CO2-Problem Kern- und Kohlekraft soll vom Netz 50 % der Stromversorgungskapazität Die Stromkosten in Deutschland entwickeln sich im internationaler Vergleich extrem ungünstig wo ist die Schmerzgrenze? Abwärme bietet Optimierungspotential Sektorkopplung und Symbiosen Infrastruktur kritisch prüfen Verlustleistungen minimieren Die Energie für Rechenzentren zweimal verwenden Lokal oder regional EU-Standorte in betracht ziehen Latenz, Stromkosten und Nachhaltigkeit Disruptiv denken und agieren, jetzt und schnell Wettbewerb! 33

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35 KONTAKT Staffan Reveman Reveman Energy Academy Friedenstrasse 15 D Baden-Baden Telefon: +49 (0) Mobil: +49 (0) Fax: +49 (0) Xing: Twitter: Alle Urheber-, Eigentums- und Nutzungsrechte für die in dieser Präsentation enthaltenen Informationen, Kontext und Visualisierungen liegen ausschließlich bei Staffan Reveman, sofern nicht ausdrücklich andere Quellenangaben genannt sind. Eine Weitergabe oder Offenlegung auch in Auszügen gegenüber Dritten ist nicht zulässig. 35 Disclaimer of Warranty and Limitation of Liability The information contained herein is believed to be reliable. Reveman Energy Academy does not guarantee the accuracy, validity, timelessness, completeness or suitability of any information or data made available in this document. Reveman Energy Academy disclaims all warranties, expressed or implied, including, but not limited to, warranties of title, non-infringement, merchantability or fitness for a particular purpose. Reveman Energy Academy will not be liable for any damages or injuries arising out of use of any such information or data, including without limitation, damages relating to any error, omission, or in adequacies of information contained herein or for the interpretation thereof.