Strombedarf der IKT in Haushalten: Technik, Nutzung und Systemdesign

Transkript

1 Strombedarf der IKT in Haushalten: Technik, Nutzung und Systemdesign Alexander Schlösser In Vertretung für Dr. phil. Lutz Stobbe Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration (IZM) Abt. Environmental and Reliability Engineering Tel.: +49 (0)

2 Aktueller Strombedarf der IKT ca. 60 TWh/a beträgt aktuell der Strombedarf der IKT in Deutschland (das entspricht etwa 10% des Gesamtstrombedarfs) Telekommunikation: 2010: ca. 6 TWh/a Büros: 2010: ca. 10 TWh/a Rechenzentren: 2010: ca. 10 TWh/a Haushalte: 2010: ca. 35 TWh/a

3 Wie entwickelt sich der Strombedarf? Einflussfaktoren Aktueller Strombedarf kwh t

4 Modellbasierte Kalkulation des Strombedarfs der IKT in Haushalten Technologie Nutzung Systemdesign Modell

5 Modellbildung Modellbildung basiert auf Einflussfaktoren (Parameter): Technologie (Leistungsaufnahme, Power Management, Stromversorgung) Nutzung (demografische Struktur, Milieus, Technikkenntnisse) Systemdesign (Netzwerkarchitektur, Produktkonfiguration, Funktionalität) Die Parametrisierung des Modells beinhaltet die Ermittlung relevanter Daten unter Berücksichtigung technischer und marktbezogener Trends Übrigens: Diese Faktoren reflektieren die Verbesserungsoptionen (Ökodesign) Product Parameter Value Active / Idle High Standby Low Standby Total Technology Power per mode W Use Pattern Use hours per mode h System Design Individual Impact TEC per Unit / day kwh/d Total Impact TEC per Stock / year GWh/a *Vereinfachte Modelldarstellung

6 Beispiel: Lot 26 Study Networked Standby

7 Multi-Level-Modell zur Kalkulation und Analyse des Strombedarfs von IKT 21 Produktgruppen mit je 4 Nutzungsszenarien Referenzjahr 2010 und Prognose 2020 INPUT RESULT NoNA Home Desktop PC 2010 Value Active Idle LowP 1 LowP 2 LowP 3 LowP 4 LowP 5 Total Power (W) 70,0 50,0 0,0 4,7 4,0 2,2 1,5 Stock Use hours (h/d) 3,0 2,0 0,0 0,0 0,0 0,0 19,0 24,0 365 d/a Mode Power (Wh/d) 210,0 100,0 0,0 0,0 0,0 0,0 28,5 338,5 131 million TEC Unit/year (kwh/a) 76,7 36,5 0,0 0,0 0,0 0,0 10,4 123,6 Stock per year (TWh/a) 10,0 4,8 0,0 0,0 0,0 0,0 1,4 16,2 LoNA Home Desktop PC 2010 Value Active Idle LowP 1 LowP 2 LowP 3 LowP 4 LowP 5 Total Power (W) 70,0 50,0 0,0 4,7 4,0 2,2 1,5 Stock Use hours (h/d) 3,0 2,0 0,0 0,0 0,0 19,0 0,0 24,0 365 d/a Mode Power (Wh/d) 210,0 100,0 0,0 0,0 0,0 41,8 0,0 351,8 131 million TEC Unit/year (kwh/a) 76,7 36,5 0,0 0,0 0,0 15,3 0,0 128,4 Stock per year (TWh/a) 10,0 4,8 0,0 0,0 0,0 2,0 0,0 16,8 MeNA Home Desktop PC 2010 Value Active Idle LowP 1 LowP 2 LowP 3 LowP 4 LowP 5 Total Power (W) 70,0 50,0 0,0 4,7 4,0 2,2 1,5 Stock Use hours (h/d) 3,0 2,0 0,0 19,0 0,0 0,0 0,0 24,0 365 d/a Mode Power (Wh/d) 210,0 100,0 0,0 89,3 0,0 0,0 0,0 399,3 131 million TEC Unit/year (kwh/a) 76,7 36,5 0,0 32,6 0,0 0,0 0,0 145,7 Stock per year (TWh/a) 10,0 4,8 0,0 4,3 0,0 0,0 0,0 19,1 HiNA Home Desktop PC 2010 Value Active Idle LowP 1 LowP 2 LowP 3 LowP 4 LowP 5 Total Power (W) 70,0 50,0 0,0 4,7 4,0 2,2 1,5 Stock Use hours (h/d) 3,0 21,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 24,0 365 d/a Mode Power (Wh/d) 210,0 1050,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 1260,0 131 million TEC Unit/year (kwh/a) 76,7 383,3 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 459,9 Stock per year (TWh/a) 10,0 50,2 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 60,2

8 Analyse von Einflussfaktoren Technologie Nutzung Systemdesign Aktueller Strombedarf kwh t

9 Trends in der Technikentwicklung Technologie Aktueller Strombedarf kwh t

10 Entwicklung der Leistungsaufnahme LCD-TV (1)

11 Entwicklung der Leistungsaufnahme LCD-TV (2)

12 Verbesserung des Gesamtstrombedarfs LCD-TV 32 -LCD-TV 40 -LCD-TV W 240 W Faktor 2 Verbesserung im Markt (Bestand) Faktor 3 Verbesserung im gleichen Größensegment W 80 W

13 Reduktion des Stromverbrauchs

14 Im aktuellen Bestand gibt es je Produktgruppe ein breites Spektrum an Stromverbräuchen Current (2010) Power Range (Watts) Product Network Types Idle (current), HiNA equiv. LowP2/MeNA equiv. LowP4/LoNA equiv. Desktop PC Notebook PC IJ Imaging Eqp. LAN, WLAN, local (off) EP Imaging Eqp (off) Networked Storage Game Console Complex Recorder HDMI, LAN + tbd Complex TV Complex STB WAN, HDMI, local Home Gateway WAN, LAN, WLAN Mobile Phone GSM, UMTS, WLAN mw (GSM standby); W (web via WLAN) Quelle: Fraunhofer IZM, Bio IS Lot 26 Preparatory Study 2010,

15 Interconnect Size (Atoms) Entwicklungskosten in Millionen US Dollar Technologiedynamik wirkt positiv, aber Technologielücken (Schnittstellen realisieren), Materialien wertvoll (selten), Entwicklungskosten steigen nicht linear (wirtschaftliches Risiko) Gegenfinanzierung über schnellere Produktwechsel (größerer Markt) Roadmap der Halbleiter-Technologie (phyiskalischen und ökonomische Grenzen) 45 nm Technologie 32 nm 22 nm 16 nm 11 nm Entwicklungskosten der Halbleiter-Industrie Leader Follower nm 45 nm 32 nm 22 nm 16 nm 11 nm

16 Trends in der Nutzung Nutzung Aktueller Strombedarf kwh t

17 Produktauswahl (Green Products) Toshiba Regza 32BE3: Power-saving Button for two powersaving modes, in which the intensity of the backlight is cut by "50%" and "75%," respectively. Zero Standby (about 95μA) realized trough an Eco Chip and a large-capacity capacitor. Philips Econova 46PFL6806K: Average Power 46 W / Standby 0.15 W Energy saving functions : Eco mode, light sensors, energy setup menu, complete off, solar powered remote control

18 Power Management Computer-Industrie zeigt den Weg ACPI (Advanced Configuration and Power Interface) ist ein1997 spezifizierter offener Standard für das Power-Management von Computern Unterhaltungselektronik muss aufholen (Themen: Standards für Power Management im Betriebssysteme, Interoperabilität)

19 Einstellungen (Settings) Anforderungen an das Produkt: Energie-Einstellungen (Settings) auf höchster Menüebene anbieten Manuelle und automatisierte Power-Down-Möglichkeiten Gute Voreinstellungen (Green Settings vs. Shop Settings) Power Management vs. Bequemlichkeit (Reaktivierungszeiten) Faktor Nutzer: Nutzer hat oft keine Information / Kenntnisse über den Stromverbrauch des Gerätes / Modes Negativ-Beispiel Quick Start Nutzer ändert kaum Einstellungen Interoperabilität und Vernetzung muss plug and play sein Trend zu Wireless

20 Nutzungsintensität Digitalisierung von Medien (Video/TV) immer mehr Displays und Mobiles Datenmengen wachsen (Sprache Text Bild Video) Immer und überall verbunden (mobil verfügbare Dienste, Soziale Netzwerke Bequemes Internet (Shopping / Info) Browser-Standards, Sicherheit und Dienstgüte sind wichtige Aspekte künftiger Nachfrage Rechen-/ Speicherleistung in der Cloud (SaaS, Thin Clients) Gaming Social Network Internet SaaS VoD IPTV

21 Zunahme des Datenverkehrs Cisco Prognose Monatlicher IP-Verkehr in Deutschland Monatlicher IP-Verkehr: 2010: 1,0 Exabytes/Month 2015: 4,1 Exabytes/Month Davon Privater IP-Verkehr: 2010: 0,7 Exabytes/Month (70% of total) 2015: 3,3 Exabytes/Month (82% of total) Davon Video: 2010: 0,2 Exabytes/Month (23% of total) 2015: 2,2 Exabytes/Month (54% of total) Quelle:

22 Systemdesign Systemdesign Aktueller Strombedarf kwh t

23 Vernetzung und Konvergenz Ketten verlinkter Geräte für funktionalen Nutzen (Provider Services) Heimnetzwerk (LAN) wird komplexer mit vielen Technologieoptionen Interoperabilität (Software) + Nutzungsrechte sind Begrenzungsfaktoren das führt u.a. zu parallelen Geräte-Infrastrukturen Verfügbarkeit von Diensten erfordert Netzwerk Standby

24 Zwischenfazit Intensive Nutzung erhöht maßgeblich den Strombedarf der IKT Modere Technik hat das Potential den Strombedarf zu senken Das Systemdesign ist ein zusätzlicher Verbesserungsfaktor Aktueller Strombedarf Nutzungsintensität kwh Technikentwicklung t Systemdesign

25 Erweiterung der Systemgrenzen Die Ökoeffizienz von IKT-Produkten ist heute nicht mehr nur an der Nutzung und dem Strombedarf im Haushalt zu bemessen Eine Erweiterung der Systemgrenzen ist dringend geboten

26 Zunahme des Datenverkehrs Cisco Prognose Monatlicher IP-Verkehr in Deutschland Monatlicher IP-Verkehr: 2010: 1,0 Exabytes/Month 2015: 4,1 Exabytes/Month Davon Privater IP-Verkehr: 2010: 0,7 Exabytes/Month (70% of total) 2015: 3,3 Exabytes/Month (82% of total) Davon Video: 2010: 0,2 Exabytes/Month (23% of total) 2015: 2,2 Exabytes/Month (54% of total) Quelle:

27 Bedarf an Bandbreite wächst Enterprise: 10 Gbps 100 Gbps Home: 100 Mbps 10 Gbps Mobile: 10 Mbps 1 Gbps

28 Verlagerung des Strombedarfs Rechenzentren Telekommunikation Haushalte

29 Betrachtung des gesamten Lebenszyklus Produktion Recycling Transport Nutzung

30 Product Carbon Footprint Apple Products

31 Die Herstellungsphase wird bedeutsam

32 Best Practise Eco-PC Erster Computer seiner Klasse mit EU EcoLable Motivation: Entwicklung neuer Eco-Design Strategien Nutzung alternativer Materialien hohe Energieeffizienz verbessertes Recyclingpotential verlängerte Lebensdauer

33 Carbon Footprint Iameco II CO2 eq per Life Phase DISPOSAL/RECYCLING 0% MATERIALS & PRODUCTION 15% MANUFACTURING 2% MacBook DISTRIBUTION 3% USE PHASE 80% Total greenhouse gas emissions: 358 kg CO 2 e Quelle: Apple, MacBook Environmental Report 2010

34 Schlussbemerkung Multi-Level-Modelle sind geeignete Instrumente zur Kalkulation und Analyse des Energie- und Ressourcenbedarfs der IKT Voraussetzung sind eine kontinuierliche Datenerhebung und Trendbeobachtung (die Granularität der Daten ist bedeutsam) Nicht nur einzelne Produkte sondern vernetzte Produkte und Infrastrukturen bestimmen die Energie- und Ressourceneffizienz der IKT in der Anwendung (funktionaler Nutzen) Die Erweiterung der Systemgrenzen in der Betrachtung der Ökoeffizienz ist unerlässlich (Ende-zu-Ende Funktionalität und Lebenszyklusanalysen)

35 Thank You for Your Attention! Joint International Congress and Exhibition Taking Green to the Next Level September 9 12, 2012 Berlin, Germany Program Overview Sun Sept. 9 th Tutorials, Get Together Sept. 10 th -12 th Conference and Exhibition A Co-Operation of the World s Leading Conferences Location Chairman Website the Dahlem Cube / Seminaris CampusHotel, Berlin Prof. Dr. Klaus-Dieter Lang organized by