Innovationen für geringere Umweltbelastungen
Die Betreiber von Rechenzentren haben heute Zugang zu Best Practices und Technologien, die es vor fünf oder zehn Jahren noch nicht gab. Hier finden Sie einige der neueren Technologien, die bereits eingesetzt werden oder die noch in Planung sind, um die Auslastung der Anlagen zu erhöhen, die Effizienz zu maximieren, die Emissionen zu senken und möglichst wenig Wasser zu verbrauchen.
Intelligentes Energiemanagement
Intelligentere Geräte und neue Steuerungen ermöglichen es den Rechenzentrumsbetreibern, die Nutzung und Effizienz der kritischen Stromversorgungssysteme zu verbessern, die für eine hohe Verfügbarkeit der Rechenzentren erforderlich sind.
Eine Strategie besteht darin, die in einigen USV-Systemen vorgesehene Überlastkapazität zu nutzen, um kurze und seltene Bedarfsspitzen zu bewältigen, anstatt die Geräte auf der Grundlage dieser Spitzen zu überdimensionieren. Diese Fähigkeit wird auch für neue Architekturen mit N+1-Redundanz genutzt. Solche Architekturen nutzen die Überlastkapazität in Kombination mit einer auf der erforderlichen Verfügbarkeit basierenden Segmentierung der Arbeitslast, um eine höhere Auslastung der USV bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Redundanz zu ermöglichen.
Der Wirkungsgrad von USV-Systemen wird durch ausgefeiltere Implementierungen des Betriebs im „Eco-Mode“ gesteigert. Im Eco-Mode arbeitet eine USV-Anlage mit Doppelumwandlung im Bypass-Modus, wenn das Energieversorgungsunternehmen eine akzeptable Leistung liefert, und schaltet in den Doppelumwandlungsmodus, wenn sich die Stromqualität verschlechtert. Bei der herkömmlichen Ausführung im Eco-Mode kann der Wechsel zwischen den Modi zu Spannungsschwankungen und Oberwellen führen, was die Einsatzmöglichkeiten einschränkt. Ein neuer Ansatz, der Dynamic Online Mode, sorgt dafür, dass der Ausgangswechselrichter aktiv bleibt, aber keinen Strom liefert, während die USV im Bypass ist. Dies erlaubt die Nutzung der Effizienz des Eco-Mode und verringert gleichzeitig die mit dem Wechsel zwischen Bypass- und Doppelwandler-Modus verbundenen Risiken auf ein Minimum.
Manche USV-Systeme verfügen jetzt auch über dynamische Netzunterstützungsfunktionen. TDiese Lösungen könnten beim Abbau der CO2-Emissionen eine Rolle spielen, indem sie den Übergang zu grüner Energie erleichtern. They provide on-site energy storage that can be used to compensate for the unpredictability of renewable energy sourceSie erlauben die Speicherung der Energie vor Ort, die dafür genutzt werden kann, die Unvorhersehbarkeit erneuerbarer Energiequellen auszugleichen und überschüssige Energie wieder in das Netz einzuspeisen.
Erneuerbare Energie
Erneuerbare Energien sind ein wirksames Instrument zur Senkung der CO2-Emissionen. Zur Nutzung der erneuerbaren Energiequellen werden verschiedene Taktiken eingesetzt, darunter PPAs und RECs, sowie die Verlagerung von Lasten in Cloud- oder Colocation-Einrichtungen, die sich zu einem Betrieb ohne CO2-Emissionen verpflichtet haben.
Es wird erwartet, dass die Versorgungsunternehmen in absehbarer Zukunft nur begrenzt in der Lage sein werden, Rechenzentren direkt mit 100% erneuerbarer Energie zu versorgen. Dies veranlasst einige Betreiber dazu, nach Möglichkeiten zu suchen, Rechenzentren mit lokal erzeugtem Strom aus erneuerbaren Energien zu versorgen. Dies könnte durch die Kombination von erneuerbaren Energiequellen mit Brennstoffzellen, Systemen, die aus erneuerbaren Energien sauberen Wasserstoff erzeugen können, und USV-Systemen mit dynamischen Netzunterstützungsfunktionen erreicht werden.
Das könnte so funktionieren: Aus überschüssiger Wind- oder Sonnenenergie wird vor Ort Strom erzeugt, der für den Betrieb von Elektroyseanlagen zur Herstellung von Wasserstoff verwendet wird. So wird sauberer Wasserstoff für Brennstoffzellen gewonnen. Das Rechenzentrum wird in den Zeiten, in denen die Produktionskapazität dafür ausreicht, mit erneuerbarer Energie versorgt. Wenn die Sonne nicht scheint oder der Wind nicht weht und daher die Energieerzeugung abnimmt, wird das Rechenzentrum mit Brennstoffzellen versorgt. Wenn der Wasserstoff aufgebraucht ist, schaltet die USV das Rechenzentrum auf das Stromnetz um, um den ununterbrochenen Betrieb zu gewährleisten.
Lithium-Ionen-Batterien
Lithium-Ionen-Batterien werden immer wettbewerbsfähiger gegenüber den wartungsfreien Bleisäure-Batterien (VRLA), die in Rechenzentren traditionell als kurzfristige Notstromquelle verwendet werden. Die längere Lebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien kann eine höhere Zuverlässigkeit mit sich bringen und dazu führen, dass die Batterien weniger häufig ausgetauscht werden müssen. Das senkt wiederum den Anfall von Elektroschrott. Lithium-Ionen-Batterien könnten auch bei der Umstellung auf erneuerbare Energien eine Rolle spielen. In Verbindung mit USV-Systemen mit dynamischen Netzunterstützungsfunktionen, bieten sie die nötige Flexibilität, damit überschüssige Energie wieder in das Netz eingespeist werden kann, so dass die Betreiber aus der Stromerzeugung vor Ort zusätzliche Einnahmen erzielen können.
Wasser- und energieeffizientes Wärmemanagement
Wärmemanagementsysteme tragen zum PUE-Wert von Rechenzentren in der Regel am stärksten bei, und es wurden erhebliche Ressourcen dafür eingesetzt, ihren Einfluss auf den PUE-Wert zu verringern, indem energieeffizientere Kühltechnologien eingesetzt wurden. Dies führte zu einem verstärkten Einsatz von wasserintensiven Kühlsystemen, die die Kühleffizienz erhöhen, indem sie Wasser verwenden, um die Anzahl der Stunden, die das Kühlsystem im Freikühlmodus arbeiten kann, zu erhöhen.
Kaltwasser-Freikühlsysteme schaffen ein Gleichgewicht zwischen Wassernutzung und Energieeffizienz. Diese wassersparenden Systeme können die indirekten Emissionen verringern, wenn sie durch Optimierungsstrategien wie die Erhöhung der Luft- und Wassertemperaturen, die Steuerung auf Systemebene und den Einsatz adiabater Technologien unterstützt werden.
In Regionen, wo Wasser nur in begrenztem Umfang zur Verfügung steht oder wo die Betreiber im Rahmen ihrer Nachhaltigkeitsziele einen Wasserverbrauch von Null anstreben, können wasserfreie Direktverdampfungssysteme (DX) eingesetzt werden. DX-Free-Cooling-Systeme erreichen annähernd die Energieeffizienz von indirekten Verdunstungssystemen, wobei die Millionen Liter Wasser, die bei diesen Systemen verbraucht werden, entfallen. In einem direkten Vergleich der beiden Systeme, lieferten DX-Systeme mit gepumptem Kältemittel einen um 0,01 höheren pPUE-Wert als das indirekte Verdampfungssystem, während die Effektivität des Wasserverbrauchs von 0,25 beim indirekten Verdampfungssystem auf Null beim DX-System reduziert wurde.
Flüssigkeitskühlung
TDer zunehmende Einsatz von künstlicher Intelligenz und anderen rechenintensiven geschäftlichen Anwendungen macht es erforderlich, dass immer mehr Rechenzentren IT-Geräte-Racks mit einer Dichte von 30 Kilowatt (kW) oder mehr unterstützen. Dieser Trend kann die Möglichkeiten zur Optimierung der Effizienz bei Verwendung von Luftkühlungstechnologien für die Wärmeabfuhr einschränken, da die Luftkühlung mit zunehmender Rack-Dichte immer weniger effizient wird.
Diese Lösungen können die Leistung von Racks mit hoher Dichte verbessern, indem sie die Drosselung der Taktraten aufgrund der Temperatur vermeiden oder minimieren und gleichzeitig die Energiekosten des Rechenzentrums senken, verglichen mit den Kosten, wenn die gleichen Racks mit hoher Dichte unterstützt und mit Luft gekühlt werden. Technologien zur Flüssigkeitskühlung und die dazugehörige Infrastruktur werden in bestehende luftgekühlte Rechenzentren integriert, in vollständig flüssigkeitsgekühlten Hochleistungsrechenzentren (HPC) eingesetzt und ermöglichen flüssigkeitsgekühlte Rechenzentrumsmodule mit hoher Kapazitätfür Edge Computing. Drei Arten von Flüssigkeitskühlung werden eingesetzt.
Wärmetauscher an der Rückseite des Racks
Wärmetauscher an der Rückseite des Racks führen die Flüssigkeit an die Rückseite des Racks und nicht direkt an die Server. Das ist ein bewährter Ansatz, um die hohe Wärmeübertragung von Flüssigkeiten zur Kühlung von Geräteracks zu nutzen. Dabei wird die Hintertür des Racks durch einen passiven oder aktiven Flüssigkeitswärmetauscher ersetzt. Bei einem passiven Design blasen die Serverlüfter die Luft durch den Wärmetauscher, und die gekühlte Luft gelangt dann in das Rechenzentrum. Bei einem aktiven Design verstärken die in den Wärmetauscher integrierten Lüfter den von den Serverlüftern erzeugten Luftstrom, um eine höhere Kühlleistung zu erreichen.
Direct-to-Chip-Flüssigkeitskühlung
Bei dieser Technologie wird Wasser oder ein Kältemittel direkt in den Server geleitet, um die Wärme von den heißesten Komponenten wie CPUs, GPUs und Speicher abzuleiten. Bei der Kühlung direkt auf dem Chip werden etwa 80% der Wärme aus dem Rack abgeleitet. Die restliche Wärme wird dann vom Kühlsystem des Rechenzentrums abgeführt.
Immersionskühlung
Bei dieser Technologie werden die zum Computer gehörenden Komponenten in eine nicht leitende Flüssigkeit getaucht. Serverlüfter sind dabei nicht erforderlich, da die Flüssigkeit in direktem Kontakt mit den Geräten steht. Bei diesem Ansatz sind also keine Kühlgebläse erforderlich. Das Open Compute Project (OCP) hat aktualisierte Anforderungen für die Immersionskühlung veröffentlicht, mit denen die Betreiber Anforderungen für Immersionskühlungsprojekte festlegen können, damit bei flüssigkeitsgekühlten Anlagen die Sicherheit gewährleistet ist.
Einblicke in Echtzeit
Ein besserer Einblick in den Betrieb erlaubt oft eine präzisere Steuerung. Ein Beispiel ist der Einsatz von Temperatursensoren zur Überwachung der Betriebstemperaturen in Rechenzentren. In the past, data centers were often operated at temperatures of 72 degrees Fahrenheit or lower to ensure equipment across the data center was operating at safe temperatures.
With real-time visibility into data center temperatures, operators can increase temperatures closer to the upper limit of the American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE) guidelines of 64.4-80.6 F for IT equipment. Not every facility will be comfortable operating close to the upper limit, but there is often an opportunity to raise temperatures and every degree that temperatures are increased can create as much as 4% energy savings.
Auswirkungen verringern durch Technologie
Welche technischen Lösungen ein bestimmter Standort einsetzt, um die Umweltbelastung zu senken, hängt von den festgelegten Zielen und Prioritäten, vom Alter der vorhandenen Systeme und vom Budget ab. In den meisten Fällen werden neuere Technologien schrittweise eingeführt, während die vorhandenen Systeme altern, und die Pläne müssen sich weiterentwickeln, während neue technische Lösungen auf den Markt kommen.
Ressourcen
