DAS BLUE-IT CENTER. Eingereicht durch die: KDVZ Citkomm Griesenbraucker Straße Iserlohn

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1 DAS BLUE-IT CENTER Eingereicht durch die: KDVZ Citkomm Griesenbraucker Straße Iserlohn

2 IHR KONTAKT Auskunft erteilt: Hans Jürgen Friebe Durchwahl: Zentrale: Fax: Seite 1

3 Inhalt Seite 1. SCOPE ENERGIEEFFIZIENZ AUFGABENSTELLUNG IN DER INFORMATIONSVERARBEITUNG UNTERSUCHUNGSFELDER Einspeisung Notstromversorgung/USV Großrechnersysteme Serversysteme, Arbeitsplatzsysteme, Netzwerkkomponenten Klimatechnik STUDIENKONZEPT DER TU DORTMUND NÄCHSTE SCHRITTE... 6 Seite 2

4 1. SCOPE ENERGIEEFFIZIENZ Angesichts eines weltweit erkennbaren Ressourcenmangels treten energie- und klimapolitische Überlegung seit einiger Zeit stärker in den Vordergrund. Die Bundesregierung hat sich auf ihren IT-Gipfeln immer wieder mit Überlegungen zur Schaffung von Innovationen für eine integrierte Energie- und Klimapolitik auseinander gesetzt. Die Fördermaße E-Energy hat die Erprobung von Konzepten für die digitale Vernetzung und intelligente Regelung der technischen Systeme und Marktbeziehungen in der Elektrizitätswirtschaft zur Optimierung von Effizienz, Umweltverträglichkeit und Versorgungssicherheit zum Ziel. Auch bei den Rechenzentren ist die Optimierung des Energieverbrauchs des Gesamtsystems nicht nur im Interesse des Betreibers, sondern wird auch von der Politik (EU-Code of Conduct on Data Centres i ) gefordert. Die Klimaneutralität von Rechenzentren ist inzwischen erklärtes Ziel der Bundesregierung. Dieses Ziel ist ohne die Berücksichtigung regenerativer Energien nicht vorstellbar. So kann eine Photovoltaikanlage z.b. Energie für ein Rechenzentrum liefern oder die Batterien einer USV-Anlage speisen. Im Bereich der Informationsverarbeitung wird unter dem Begriff Green-IT intensiv über Möglichkeiten der Energie-Einsparung nachgedacht. Öffentlichkeitswirksam wird die Anzahl der (Kern)kraftwerke publiziert, die für den Betrieb der Systeme von Goggle, der Telekom etc. erforderlich ist. Unter dem Begriff Blue IT-Center ii soll versucht werden, ein umweltgerechtes Rechenzentrum zu konzipieren und zu realisieren. Der Schwerpunkt der Überlegungen wird zunächst auf die Energieversorgung gelegt. iii 2. AUFGABENSTELLUNG IN DER INFORMATIONSVERARBEITUNG Als erste Maßnahme zur Steigerung der Energieeffizienz wurden in der Informationstechnik neue Features des Powermanagement für PC, Server und Laptops entwickelt, die inzwischen am Markt bei Neugeräten verfügbar sind. Des Weiteren werden Einsparungsmöglichkeiten durch Virtualisierung von Rechnern und Optimierung der Speichermedien diskutiert. Mit der Idee des Cloud Computing, d.h. des Ansatz dynamisch, an den Bedarf angepasst abstrahierte IT-Infrastrukturen über ein Netzwerk zur Verfügung zu stellen, erhält der Gedanke an Energieeffizienz neue Bedeutung. Traditionelle Rechenzentren halten zur Abdeckung von Nachfragespitzen Überkapazitäten vor, die nicht unwesentlich für die Verluste beim Energiebedarf verantwortlich sind. Managet man die Last dynamisch und standortübergreifend mit dem Ziel die Auslastung der an der Cloud beteiligten Rechenzentren zu erhöhen, steigt auch die Energieeffizienz. Stromkosten sinken und klimaschädliche Auswirkungen verringern sich. VITAKO (Bundesarbeitsgemeinschaft der Kommunalen IT-Dienstleister e.v.) beschäftigt sich in dem Projekt Government Green Cloud Laboratory derzeit mit einer Umsetzung dieser Idee für den Bereich der Kommunal- und Landesverwaltung. Bisher weitgehend unberücksichtigt blieben Überlegungen, die Stromversorgung der Hardware selbst neu zu konzeptionieren. Heute sind IT-Geräte grundsätzlich immer Wechselstrom versorgt, wobei die Anschlusswerte von 380 Volt Wechselstrom/Drehstrom im Bereich der IBM-Großrechnersysteme bis zur 230 Volt Versorgung über integrierte oder auch separate Netzteile reichen. Faktum ist, dass alle Hardwaresysteme intern mit einer niedervoltigen Gleichstromversorgung Seite 3

5 arbeiten, die erst am Gerät selbst durch entsprechende Transformation erzeugt wird. Ziel ist es zu untersuchen, welche Möglichkeiten der Umstrukturierung und damit der Optimierung des Energieverbrauchs im Bereich der Stromversorgung der einzelnen Hardware-Systeme bis hin zur Infrastruktur eines gesamten Rechenzentrums existieren. 3. UNTERSUCHUNGSFELDER Diesem Gedanken folgend gibt es bei der Betrachtung der IT-Komponenten incl. der gesamten Infrastruktur eines größeren Rechenzentrums eine Vielzahl von Untersuchungsfeldern Einspeisung Große Rechenzentren verfügen in der Regel über von den Energieversorgern bereitgestellte oft redundant ausgelegte Transformatorensysteme, über die sie ihren gesamten Energiebedarf abdecken. Zu überlegen ist, in welchem Bereich hier bereits eine Umstrukturierung auf Gleichstrom möglich ist. Inwiefern die bei neueren Rechenzentren zur Energieversorgung mit genutzten Blockheizkraftwerken, in die Überlegung einzubeziehen sind, ist zu prüfen Notstromversorgung/USV IT-Center sind oft so ausgelegt, dass sie einen autarken Betrieb über mehrere Stunden bis Tage sicherstellen können. Dazu sind Notstromversorgungssysteme in Form von Dieselaggregaten mit eigenen Kraftstoffvorräten installiert. Mindestens sind USV-Anlagen installiert, die über einen Zeitraum von mehreren Minuten bis Stunden mit entsprechenden Batterien, den Betrieb des Rechenzentrums absichern. Die Energiebilanz einer größeren USV-Anlage ist angesichts der dort insbesondere bei älteren Anlagen stattfindenden zweifachen Transformation von Wechsel- in Gleichstrom kritisch zu betrachten. Unter der Voraussetzung eines weitgehenden Gleichstrombetriebs ist die Möglichkeit, z.b. einer zentralen Umsetzung in Gleichstrom mit einer entsprechenden Batterieabsicherung als eine Möglichkeit zu untersuchen Großrechnersysteme Die Großrechnersysteme werden inklusive Peripherie bisher meist über eine 380 Volt Starkstromversorgung betrieben. Interessant ist, dass die IBM für ihr neustes Modell z196 einen Gleichstromanschluss (190 V, 260 V, 380 V etc.) anbietet Serversysteme, Arbeitsplatzsysteme, Netzwerkkomponenten Diese Geräte verfügen oftmals über integrierte Netzteile oder werden über dezentrale externe Netzteile versorgt. Hier sind die Möglichkeiten und Strukturen eines Gleichstrom-Versorgungssystems zu untersuchen. Auch zu betrachten sind möglichst herstellerunabhängige Infrastrukturmaßnahmen zur Installation und zum Betrieb in den 19 Zoll-Racks. Seite 4

6 3.5. Klimatechnik Nicht unberücksichtigt bleiben darf, dass ein erheblicher Energieverbrauch bei einem großen Rechenzentrum im Bereich der Klimatechnik stattfindet. Die Energie, die durch Maßnahmen der Hardware-Konsolidierung, Virtualisierung und höherer Systemauslastung nicht erzeugt wird, führt zu geringeren Leistungsanforderungen der USV und Reduktion des Kältebedarfs. Es gibt inzwischen viele Ideen der Lastregelung, Wirkungsgradverbesserung oder Raumkonzeption zur Optimierung der Klimatisierung. Inwieweit diese Systeme von einem Wechselstrom- auf einen Gleichstrombetrieb umgestellt werden können und damit zu einer besseren Energiebilanz geführt werden können, muss in einer abschließenden umfassenden Betrachtung ebenfalls analysiert werden. 4. STUDIENKONZEPT DER TU DORTMUND Im Rahmen ihrer Studie für die KDVZ Citkomm iv untersucht das Arbeitsgebiet Energieeffizienz der TU Dortmund, welches Optimierungspotential eine externe, zentrale DC-Spannungsversorgung gegenüber den herkömmlichen, integrierten AC- Netzteilen bietet. In diese Betrachtung werden Lösungsmöglichkeiten auf der Ebene von Einzelkomponenten und der gesamten Infrastruktur berücksichtigt. Die Basis zur Entwicklung einer optimierten Gleichstromversorgungsstruktur ist die Erfassung, Darstellung und Bewertung des existierenden technischen Versorgungssystems. In diesem ersten Schritt wird das System analysiert und visualisiert, die einzelnen Komponenten ermittelt, kategorisiert und die Energieverbräuche erfasst. Auf diese Weise werden alle Energieverbräuche und Energiepfade des Gebäudes transparent gemacht. Aufbauend auf diesen Ergebnissen werden neue Versorgungsstrukturen entwickelt mit dem Ziel, den Energieverbrauch des Gesamtsystems zu optimieren. Vor diesem Hintergrund werden anschließend die verschiedenen Konzepte nach ihrer Effizienz, Umweltbelastung und Versorgungssicherheit beurteilt. In einem näher untersuchten Konzept ist vorgesehen, die fest installierten Gleichstromverbraucher wie die Server, die Beleuchtung, die Wärme- und Kältepumpen über ein eigenes Gleichstromnetz zu versorgen. Regenerative Energien (Photovoltaik, Windkraft etc.) sollen in das interne Netz einspeisen, um die Verbraucher direkt zu versorgen oder die Energie zu speichern. Im letzten Schritt werden die unterschiedlichen Versorgungskonzepte auf ihre technische Realisierbarkeit geprüft. Hier wird unter anderem untersucht, welche Konzepte in ein bestehendes Gebäude integriert werden können und welche nur für ein neu zu errichtendes Objekt geeignet sind. Seite 5

7 5. NÄCHSTE SCHRITTE Die KDVZ Citkomm betreibt eines der größten kommunalen Rechenzentren in Nordrhein-Westfalen. Insofern hat sie neben theoretischen Überlegungen auch die Möglichkeit in den einzelnen Untersuchungsfeldern praktische Messungen (siehe Untersuchung TU Dortmund) und Erprobungen durchzuführen. Im Rahmen eines geplanten Neubaus besteht die Absicht, visionär ein Modell- Rechenzentrum mit einer weitgehenden Gleichstromversorgung zu schaffen. Hierzu werden die Ergebnisse des Untersuchungsberichts der TU Dortmund zu Grunde gelegt. Zur Versorgung sollen insbesondere auch alternative Energiequellen wie Solarzellen Windkraft Brennstoffzellen Geothermie eingesetzt werden. Zu untersuchen ist, inwieweit eine oder mehrere dieser Quellen zum Einsatz kommen sollen. Entscheidend dürfte sein, inwieweit die jeweilige Technik für den Zweck bereits ausgereift, effektiv und insbesondere mit dem Gleichstromgedanken kompatibel ist. Ein weiterer wichtiger Aspekt ist der Standort und die Unterbringung des Rechenzentrums. Eine unterirdische Unterbringung bringt nicht nur eine optimale Sicherheit, sondern reduziert auch den Bedarf an Klimatisierung, da ein Teil der anfallenden Wärme bei baulich entsprechender Konstruktion vom umgebenden Erdreich absorbiert werden kann. Spätestens an dieser Stelle wird deutlich, dass eine an den Kriterien Sonne Wind Geologie optimierte Standortwahl für ein energieeffizientes Rechenzentrum von maßgeblicher Bedeutung ist. Hierzu soll zunächst unter Berücksichtigung der hier formulierten Kriterien für ein energieeffizientes Rechenzentrum eine Machbarkeitsstudie erstellt werden, die dann die Grundlage für die Entwurfsplanung eines konkreten Rechenzentrums durch Architekten und Fachplaner bildet. Seite 6

8 i Code of Conduct on Data Centres Energy Efficiency, Version 2.0, Participiant Guidelines and Registration Form, Valid as from ii Die Farbe blau ist eng mit dem Begriff des Umweltschutzes verbunden, der sich mit den störenden Einflüssen oder Beeinträchtigungen der Erhaltung des Lebensumfeldes der Menschen und ihrer Gesundheit befasst. Die Farbe grün ist mit dem Naturschutz verbunden, der mit der Erhaltung und Wiederherstellung der Leistungsfähigkeit des Naturhaushaltes andere Perspektiven verfolgt. iii Um dem Anspruch des Umweltschutzes vollständig zu folgen, sind weitere Bereiche wie Bildschirmarbeit, Arbeitsplatzergonomie, Elektrosmog etc. ergänzend zu untersuchen. iv Der kommunale IT-Dienstleister Citkomm ist als Konzern, bestehend aus dem Zweckverband KDVZ Citkomm und der Tochtergesellschaft Citkomm services GmbH, strukturiert. Das Unternehmen wird von den drei Kreis Hochsauerlandkreis, Märkischer Kreis und Kreis Soest sowie von den 41 in diesen Kreisen liegenden Städten und Gemeinden getragen. Auch die Kommunen im Rheinisch-Bergischen Kreis sowie mehrere Kommunen des Kreises Unna nehmen die Dienstleistungen vollumfänglich in Anspruch. Über die Tochtergesellschaft Citkomm services GmbH nutzen zahlreiche weitere kommunale Kunden in ganz Nordrhein-Westfalen das umfangreiche Leistungsangebot. Seite 7