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Channel Fokus: Stromversorgung & Klimatisierung

Stromversorgung im Klimawandel

| Autor: Dr. Andreas Bergler

Stromversorgung und Klimatisierung sind die Lebensadern der IT.
Stromversorgung und Klimatisierung sind die Lebensadern der IT. (Bild: roibu - stock.adobe.com)

Die sichere Stromversorgung ist das Rückgrat jedes IT-Systems, vom einfachen PC über Server bis hin zu den großen Rechenzentren. In Zeiten von Klimawandel, Big Data und IoT steckt im physischen Schutz der IT jedoch viel mehr Potenzial als nur der Verkauf einer USV.

Es braucht nur einen Klick in der Google-Suche zu irgendeinem beliebigen Thema, und schon sind 0,3 Wattstunden Strom verbraucht. Mit dem Energie-Äquivalent von 30 Suchanfragen lässt sich bereits eine­ Tasse Kaffee aufwärmen. Wer sich diese schon einmal über die Hand geschüttet hat, etwa vor dem Verfassen einer Titelstory zum Thema „Stromversorgung & Klimatisierung“, der weiß, dass selbst einfache Aktionen im Internet ganz schön Power erzeugen beziehungsweise verzehren, insbesondere wenn die Zahl der Nutzer sehr groß wird. Laut dem Borderstep Institut verbraucht das Internet jedes Jahr derzeit zwischen 900 und 1.000 Terawattstunden. Die Menge an Strom, die Server und Rechenzentren ­allein in Deutschland benötigten, belief sich laut den Marktforschern von Borderstep im Jahr 2017 auf insgesamt 13,2 Milliarden Kilowattstunden.

Um Google aus der Kritik zu nehmen: 2017 gab der Suchmaschinen-Konzern bekannt, seine Datenzentren mit fast 100 Prozent aus Solar- oder Windkraft zu betreiben. Die Versorgung mit regenerativen Energien ist zwar gut für die Umwelt und in Zeiten des Klimawandels ein ­absolut wichtiger Schritt, aber noch lange nicht gut für den Geldbeutel eines Rechenzentrumsbetreibers. Der kann erst richtig geschont werden mit einem Set ineinandergreifender Maßnahmen, bei denen smarte Monitoring-Systeme ­eine zentrale Rolle spielen. Insbesondere für die ­Betreiber kleinerer Rechenzentren oder auch für kleine Unternehmen, die ihre Daten im Haus auf eigenen Servern hosten, werden Monitoring-Lösungen für die physische Sicherheit ihrer Infrastrukturen immer attraktiver. Im Gegensatz zu den großen Abnehmern profitieren sie nicht von Mengenrabatten beim Strom oder von vertraglich vereinbarten Ausfallsicherheiten. Letztere müssen sie selbst erbringen.

Stromversorgung & USV

Elementar, sowohl was den laufenden ­Betrieb eines Rechenzentrums als auch den Schutz der dort gehaltenen Daten und Informationen angeht, sind Systeme zur unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV). Bereits Unterbrechungen von etwas mehr als zehn Millisekunden „sind geeignet, den IT-Betrieb zu stören“, so formuliert es das Bundesamt für ­Sicherheit in der Informationstechnik (BSI). André Laube, Business Development Manager bei Tech Data, mahnt ­daher: „Meistens wird das Thema USV ­etwas unterschätzt oder als nicht so relevant betrachtet.“ Insgesamt gibt es gemäß des IEEE-Standards 1159-1995 (EEE Recommended Practice for Monitoring Electrical Power Quality) sieben Arten von Stromstörungen:

  • Einfache Unterbrechungen
  • Spannungsstöße
  • Spannungseinbruch/ Unterspannung
  • Spannungsanstieg/ Überspannung
  • Verzerrung der Wellenform (z.B. Gleichstrom-Versatz, Oberschwingungen oder Rauschen)
  • Spannungsschwankungen und
  • Frequenzvariationen

Neben den Störungen im Stromnetz, das die Energieversorgungsunternehmen bereitstellen und das mittlerweile als sehr sicher gilt, gibt es jedoch auch ganz triviale Gründe für Ausfälle der Stromversorgung, etwa durch Abschaltungen bei nicht angekündigten Arbeiten oder Kabelbeschädigungen bei Tiefbauarbeiten. Die meisten Probleme durch Stromstörungen können durch den Einsatz einer entsprechend dimensionierten USV abgefangen werden. Aber auch diese kann ausfallen. Schaltet sie etwa nach einem Stromausfall nicht mehr in den Normalbetrieb zurück, verabschieden sich die angeschlossenen Rechner oder Server trotzdem. Auch USV-Systeme sollten ­daher an eine übergeordnete Monitoring-Lösung angeschlossen sein.

Für das Design und den Schutz eines Rechenzentrums müssen sich die Erbauer im Klaren darüber sein, um welche Schutzziele es eigentlich geht, um die ­Lösungen dann entsprechend zu dimensionieren. Längere Unterbrechungen lassen sich noch recht einfach mit einer größeren USV-Batterie abfedern.

Moderne USV-Systeme, berichtet André Laube, können heute mehr als nur die Stromversorgung regeln oder im Ausfall die Systeme kontrolliert per Shutdown-Software herunterfahren. So integrieren die USV-Hersteller mittlerweile sogar auch Schutzfunktionen gegen Cyber­angriffe von außen. Des Weiteren lassen sich mithilfe zusätzlicher Programme der Anbieter Energiemanagementstrategien in virtuellen und hybriden Umgebungen überwachen und verwalten. Um den Schutz vor Downtime zu erhöhen, kann ergänzend ein Notstrom­aggregat dazugeschaltet werden, dessen Überbrückungszeit dann nur noch von der entsprechenden Menge im Dieseltank, also der Kraftstoffzufuhr abhängt. Schließlich kann die gesamte Infrastruktur redundant ausgelegt werden – sowohl die IT-Systeme als auch die USVs, bis hin zur Notstromversorgung.

Ergänzendes zum Thema
 
Die Diversifikation der Rechenzentren

Energieeffizienz & Green IT

Dass das Gesamtkonstrukt des Rechenzentrums mitsamt angrenzenden Gebäuden und darin arbeitenden Menschen nun mehr oder weniger umfassend in den Blick kommt, kann dem Hype um das Schlagwort von „Green IT“ zumindest in Teilen zugeschrieben werden. „Wir wissen heute, wie Rechenzentren energieeffizient zu betreiben sind. Nichtsdestotrotz ist es notwendig, ein neue Green-IT-Diskussion aufzurufen, die dieses Bewusstsein aufrechterhält und in manchen Dingen noch konkretisiert“, ­bemerkt Ulrich Terrahe, Gründer und Geschäftsführer der dc-ce RZ-Beratung.

Die Green-IT-Welle war für ihn der Auslöser für ein besseres Energiebewusstsein im Rechenzentrum. Immerhin haben wir der damals angestoßenen Diskussion einen verbesserten Code of Conduct in den Unternehmen und zum Beispiel die Norm EN 50600 zu verdanken, in der auch die Energieeffizienz mit aufgenommen wurde. Nach der Marketing-Schlacht, in die die Green IT dann mündete und viele falsche Versprechungen nach sich zog, wurde der Begriff schließlich wieder abgelöst. Terrahes Fazit: „Ein Revival des Begriffs wird es nicht mehr geben, weil wir jetzt eine Menge dazugelernt haben.“

Wie man es auch wendet: Der Hauptgrund für Umweltschutzmaßnahmen ist die Kostensenkung. Laut einer Studie von A1 Digital engagieren sich bereits mehr als die Hälfte aller Unternehmen in Projekten gegen die globale Erwärmung, aber die Eindämmung der Kosten bleibt der wichtigste Treiber, um entsprechende Maßnahmen hierfür einzuleiten. Nach Ansicht der meisten Anbieter von Rechenzentrumslösungen ist der steigende Energieverbrauch dabei das zentrale ­Thema und kann von verschiedenen Seiten angegangen werden.

Bei den USV-Systemen selbst wird die Nachfrage insbesondere von höheren Wirkungsgraden und Effizienz getrieben. Der Trend wendet sich hin zu mehr Nachhaltigkeit durch robustere Lösungen und zu einem längeren Produktlebenszyklus, um wertvolle Ressourcen zu schonen. Beim Rechenzentrum als Gesamtkonzept geht der Trend aufgrund der wachsenden Datenberge durch das Internet der Dinge in Richtung Dezentralisierung – Stichwort Edge Computing. Sogenannte Mi­kro-Rechenzentren, ist von den USV-­Anbietern zu hören, benötigten derzeit höhere Stückzahlen von kleiner dimensionierten USV-Systemen. Edge Computing ist allerdings da sinnvoll, wo die Daten nur kurzfristig benötigt werden und oder nahe an dem Ort bleiben müssen, wo sie entstanden sind. Sobald aber die Daten weltweit genutzt werden, können die großen Rechenzentren der Hyperscaler ihre Vorteile am Markt voll ­ausspielen.

Ergänzendes zum Thema
 
Kommentar: Michael Grimm, Vintin Gruppe

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Kommentar: André Laube, Tech Data

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Kommentar: Ralf Klotzbücher, Dätwyler

Kühlung & Klimatisierung

Je umfassender eine Lösung zum physischen Schutz von Daten, IT-Infrastrukturen sowie Gebäuden und der darin lebenden Menschen sein soll, desto besser rechnen sich innovative Systeme wie Wärmerückgewinnung und Klimatisierung. Die Nutzung der Abwärme von IT-Systemen über die Luft als Trägermedium gilt technologisch als sehr ausgereift, stößt allerdings schon bei einer relativ niedrigen Abwärme-Temperatur an ihre Grenzen (s. Interview Ulrich Terrahe). Um hier die Abwärmenutzung zu verbessern, kann die warme Luft wieder in Wasser gebunden werden. Die Konvertierung selbst zieht aber wiederum einen Temperaturverlust von vier bis sechs Grad nach sich. Um dann mit dem so aufgewärmten Wasser tatsächlich heizen zu können, müssen nicht selten zusätzliche Wärmepumpen eingesetzt werden, die wiederum elektrisch betrieben werden.

Um hierbei noch eine signifikante Effi­zienzsteigerung zu erzielen, sollte bereits vor dem Bau eines Rechenzentrums überlegt werden, wer der Nachnutzer der ­Abwärme sein könnte, um dann das Rechenzentrum geeignet platzieren zu können. Richtungsweisend für die Entwicklung hin zu politischen Fragestellungen ist ein Beispiel aus Amsterdam. Dort wurde unlängst der Bau eines Rechenzentrums gestoppt, weil erst noch geeignete Abnehmer für die Abwärme gefunden werden mussten.

Trotz aller Schwierigkeiten sieht Ulrich Terrahe die Zukunft in der Wasserkühlung: „Wir haben derzeit erste Pilotprojekte am Laufen. Natürlich ist das ein kompletter Systemwandel, der dadurch hervorgerufen wird. Hinter der Luftkühlung steht mittlerweile eine ganze Branche, und bei Lösungen mit Wasser gibt es noch einige Probleme zu lösen, etwa, was getan werden muss, wenn eine Undichtigkeit im Kühlsystem entsteht. Im High Performance Computing wird die Wasserkühlung aber schon sehr erfolgreich eingesetzt. Bei den Mainstream-Lösungen wird es wahrscheinlich noch fünf bis zehn Jahre dauern. Für mich als Ingenieur geht die logische Entwicklung dorthin.“

Energiemanagement

Der enorme Datenhunger der Digitalisierung verlangt nach immer neuen Schutzkonzepten. Denn wenn im Lauf der üblichen Produktaustauschzyklen in den Unternehmen das Equipment jährlich um etwa zehn bis zwanzig Prozent an Performance zulegt, sollten auch die Systeme zum Schutz von Servern und Rechenzentren nachziehen. Das betrifft übergreifende Kontrollmechanismen und Managementsysteme ebenso wie auch die Komponenten im Einzelnen. Selbst bei unscheinbaren Veränderungen wie etwa der Einführung neuer Einhausungen sollten Dienstleister eine Nachregulierung der Klimatisierung ins Auge fassen.

Das spart nicht nur Geld im laufenden ­Betrieb, sondern hilft auch, den GAU zu vermeiden: den Brand im Rechenzentrum. Auch dagegen gibt es Warn-, Melde- und Bekämpfungssysteme, die sich im Vorfeld installieren lassen und beispielsweise mit reduzierter Sauerstoffzufuhr oder Gaslöschanlagen zusammenarbeiten. Das erhöht allerdings wiederum die Komplexität und kostet auch etwas Strom.

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