Klimaschutz im Rechenzentrum

Wärmewende durch Künstliche Intelligenz

Klimaschutz im Rechenzentrum: Im neuen Borderstep-Projekt DC-HEAT (Data Centre Heat Exchange with AI-Technologies) wird untersucht, wie mittels künstlicher Intelligenz (KI) die Abwärme aus Rechenzentren künftig effizient genutzt werden kann.

Rechenzentren verbrauchten in Deutschland im Jahr 2019 etwa 15 Mrd. kWh Strom – mehr als die ganze Stadt Berlin. Dabei arbeitet der Server wärmetechnisch wie große Heizplatten – der Strom wird in den Rechenzentren in Wärme umgewandelt. Bisher verpufft diese Wärme jedoch meist ungenutzt in der Luft.

Am Beispiel des Rechenzentrumshotspots Frankfurt (Main) geht das Borderstep Institut nun ge-meinsam mit dem Energiereferat der Stadt Frankfurt (Main), dem SICP – Software Innovation Campus Paderborn der Universität Paderborn sowie den Unternehmen WestfalenWIND IT und Cloud&Heat neue Wege. Mit Hilfe von Künstlicher Intelligenz soll die Planung und der Betrieb von Rechenzentren zukünftig so optimiert werden, dass die Abwärme genutzt und die negativen Um-weltwirkungen der Rechenzentren minimiert werden.

Energiebedarf der Rechenzentren in Europa seit 2010 um 50 Prozent angestiegen

Rechenzentren benötigen zunehmend mehr Energie und Fläche. Nach aktuellen Berechnungen des Borderstep Instituts ist der Energiebedarf der Rechenzentren in Europa seit dem Jahr 2010 um mehr als 50 Prozent angestiegen. In Städten wie Frankfurt und Amsterdam bestehen bereits heute Schwierigkeiten, das weitere Wachstum der Branche technisch und organisatorisch zu bewältigen.

Insgesamt wird es zunehmend schwieriger, den für die Digitalisierung notwendigen Ausbau der Rechenzentren mit den Zielen nachhaltiger Stadtentwicklung zu vereinbaren. Zudem kann die von Rechenzentren abgegebene Wärme in Ballungsräumen ein Problem für das Stadtklima darstellen.

Abwärme aus Rechenzentren als alternative Wärmequelle

Andererseits ist der klimafreundliche Umbau der Wärmeversorgung eine der großen Herausforde-rungen der Zukunft. Öl und Gas als Energiequellen müssen hier auf Dauer ersetzt werden. Als al-ternative Wärmequellen stehen neben Solarthermie, Geothermie oder Biomasse insbesondere auch die Abwärme aus industriellen Prozessen oder aus Rechenzentren zur Verfügung.

„Die Abwärme aus Rechenzentren im Hotspot Frankfurt würde theoretisch ausreichen, um dort in Zukunft alle Wohngebäude zu heizen und mit Warmwasser zu versorgen“, führt Dr. Ralph Hinte-mann vom Borderstep Institut aus. „Auf dem Weg dahin sind aber noch viele technische, organisa-torische und wirtschaftliche Herausforderungen zu bewältigen. Künstliche Intelligenz stellt einen vielversprechenden Ansatz dar, die nutzbare Menge an Abwärme aus Rechenzentren sehr deutlich zu erhöhen“.

Ziel: Konzept für einen KI-Leuchtturm in Frankfurt (Main)

DC-HEAT hat zum Ziel, ein Konzept für einen KI-Leuchtturm zum Thema Abwärmenutzung aus Re-chenzentren in Frankfurt (Main) zu erarbeiten. Dazu werden zunächst in einem strukturierten Pro-zess die Entscheidungsprobleme im Themenfeld identifiziert, bei denen der Einsatz künstlicher Intelligenz eine deutliche Verbesserung bringen kann.

Die Forscher untersuchen hier z.B. Einsatzgebiete in der Wärmenetzplanung und Standortplanung für Rechenzentren, in der dynamischen Abstimmung von Wärmeangebot und -bedarfs sowie im Bereich der Einflüsse der Abwärme auf das Mikroklima der Stadt Frankfurt (Main).

Künstliche Intelligenz zur Reduktion von Abwärme

„Eine intelligente Kopplung von Erzeugern und Nutzern von Wärme ist mit vielen komplexen Ent-scheidungen verbunden“, kommentiert Dr. Gunnar Schomaker vom Software Innovation Campus Paderborn die Rolle der KI im Projekt. „Maschinelles Lernen kann dabei unterstützen, mit den viel-fältigen Einflüssen zum Beispiel in den Bereichen Energieverfügbarkeit, Umweltfaktoren, Nutzer-verhalten oder Betriebsführung umzugehen. Es wird eine spannende Herausforderung, in DC-HEAT die Potenziale der KI zur Abwärmenutzung aus Rechenzentren zu erforschen und insbesondere die automatisierte Anwendung zu erkunden.“

Das Projekt wird von einem breiten Partnernetzwerk getragen. Neben dem Energiereferat der Stadt Frankfurt (Main) und der Initiative Digitales Hessen unterstützen insbesondere der eco – Verband der Internetwirtschaft e.V. und das Netzwerk energieeffiziente Rechenzentren (NeRZ) das Projekt. Dieser Schulterschluss bietet beste Voraussetzungen für den Erfolg dieses internatio-nal sichtbaren Leuchtturmprojekts zum KI-Einsatz für die Nutzung von Abwärme aus Rechenzentren in Frankfurt (Main). Das Vorhaben  konzentriert sich auf Frankfurt (Main), da hier 40 Prozent der Großrechenzentren in ganz Deutschland angesiedelt sind. Es wird gefördert durch das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit (BMU) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages, im Programm „KI-Leuchttürme für Umwelt, Klima, Natur und Ressourcen“.

Partner

Borderstep Institut für Innovation und Nachhaltigkeit mit Unterstützung von Cloud&Heat Technologies GmbH

SICP – Software Innovation Campus Paderborn

WestfalenWIND IT

Assoziierte Partner

Netzwerk energieeffiziente Rechenzentren NeRZ

Digitales Hessen

Stadt Frankfurt am Main (Energiereferat)

eco-Verband der Internetwirtschaft