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Mehr InformationenWie NTT DATA und WAGO Energie in Rechenzentren sparen.
Digitale Anwendungen, Cloud-Computing und künstliche Intelligenz wachsen rund um den Globus in atemberaubender Geschwindigkeit. Allein Global Data Centers (GDC) betreibt im EMEA-Raum 45 Rechenzentren. Um deren Stromverbrauch gezielt zu steuern und zu reduzieren, setzt GDC auf ein Zusammenspiel von künstlicher Intelligenz und Automatisierungskomponenten von WAGO. Der folgende Beitrag zeigt, wie die Daten gesammelt und analysiert werden, um Effizienzpotenziale zu verifizieren.
Im Herbst 2024 rieben sich Nachrichtenleser in Deutschland verwundert die Augen: Während hierzulande der endgültige Abschied sowohl von der Kernenergie als auch von der Kohleverstromung organisiert wird, überlegen Betreiber großer Rechenzentren in den USA, eigene Mini-Atomkraftwerke für ihre Standorte installieren zu lassen. Die rasant anwachsenden Anwendungen künstlicher Intelligenz lassen die Computer und Speichermedien immer heißer laufen, hieß es. Der Energiebedarf von Rechenzentren und kleineren IT-Installationen allein in Deutschland betrug im Jahr 2022 fast 18 Milliarden kWh – ausreichend, um 5 Millionen durchschnittliche deutsche Haushalte ein Jahr lang mit Strom zu versorgen.
Energie sinnvoll nutzen
Um den Energieverbrauch von Rechenzentren erheblich zu reduzieren und den CO₂-Ausstoß zu verringern, muss der PUE-Wert (Power Usage Effectiveness, siehe Kastentext) für bestehende Gebäude bis 2027 unter anderem aufgrund der EU-Ökodesign-Richtlinie sinken. Zwar verbesserte sich der PUE von Rechenzentren mit mehr als 40 KW IT-Anschlussleistung zwischen 2010 und 2022 von 1,98 auf 1,55. Doch wenn sich der Trend, wie von manchen Experten skizziert, fortsetzt, könnte sich der Energiebedarf von Rechenzentren bis 2030 allein in Deutschland auf etwa 27 Milliarden kWh pro Jahr erhöhen.
Bei diesen Zahlen wundert es nicht, dass sich die großen Player der Branche intensiv mit dem Thema Effizienz beschäftigen. In Europa ist das beispielsweise NTT DATA´s Gechäftsbereich Global Data Centers. Vielen noch bekannt als e-shelter, umfasst das NTT DATA-Netzwerk heute weltweit mehr als 20 Länder und Märkte mit über 1,600 MW an IT Load. Standorte in Deutschland, Großbritannien und anderen europäischen Ländern spielen eine zentrale Rolle für die globale Präsenz.
KI-Pilotprojekt gestartet
Die Niederlassungen in diesen Märkten sind es auch, die eine Vorreiterrolle beim Thema Energieeffizienz einnehmen wollen: „Für uns ist das seit vielen Jahren ein Thema. Und wir sind an den unterschiedlichen Standorten bestrebt, sinnvolle, individuelle Lösungen zu finden“, sagt Steffen Benson. Er ist Senior BMS Manager bei GDC und für Europa sowie die Standorte im Mittleren Osten und Afrika zuständig. „Da die unterschiedlichen Standorte über viele Jahre entstanden und gewachsen sind, funktionieren solche Konzepte leider nicht überall. Daher haben wir ein Projekt aufgesetzt, um eine Optimierungslösung für alle Standorte zu finden“, sagt er.
Letztendlich war es der Impuls eines Messegesprächs, der dazu führte, dabei auf künstliche Intelligenz zu setzen. Sie soll die Energieverbräuche, Kühltopologien, Stromverteilung, Sensorik – kurz wesentliche Elemente der Energieinfrastruktur – überwachen, Voraussagen über zu erwartende Verbräuche treffen und im Minutentakt alle Aggregate in ihren optimalen Betriebszustand versetzen.
Dazu werden die Massenströme von der Kälteerzeugung bis hin zu ihrer Verteilung überwacht und bei Bedarf angepasst, damit die Pumpen am Effizienzmaximum arbeiten. Es versteht sich von selbst, dass dabei die Betriebsstabilität des Serverparks nicht angetastet werden darf. „Eine solche künstliche Intelligenz ist natürlich ein mächtiges Werkzeug und kann das alles, doch es verlangt auch, dass wir unsere Betriebstechnik in weiten Teilen umrüsten und erneuern müssen“, erklärt Benson.
Für uns ist das seit vielen Jahren ein Thema. Und wir sind an den unter schiedlichen Standorten bestrebt, sinnvolle, individuelle Lösungen zu finden.
WAGO steuert Kühlsystem im Rechenzentrum
Für die Überwachung und Steuerung der haustechnischen Gewerke bei GDC werden seit vielen Jahren Automatisierungskomponenten von WAGO eingesetzt. Die Hard- und Softwareprodukte der Mindener überwachen Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen und steuern das Energiemanagement in unterschiedlichsten Gebäudetypen. „Bereits 2005, damals noch unter der Firmierung E-Shelter, hatte WAGO die Aufgabe, unsere Anlagentechnik zu steuern und zu überwachen. Zu den wichtigsten Argumenten für uns damals zählte ihre Industrie-SPS, die die Protokolle Modbus® und SNMP unterstützt und HTTP-fähig ist. Zusätzlich sind die Controller sehr kompakt und modular aufgebaut. Durch die genannten Features sind wir sehr gut für die Zukunft gerüstet und bauen weiter auf die gute Zusammenarbeit mit WAGO“, erläutert Benson.
Der Unterschied von damals zu heute sei lediglich, dass die Informationen aus zahllosen Sensoren, Messfühlern und Bediengeräten nicht mehr nur ausschließlich in der Leitebene zusammengeführt werden, wo sie dem Gebäudemanagement zur Verfügung stehen. Vielmehr werden die Daten nun über das Modbus®-Protokoll auch der künstlichen Intelligenz zur Auswertung zur Verfügung gestellt. Das ist notwendig, um überhaupt die aufwändigen Berechnungen durchführen zu können. „Da WAGO ein Linux®-basiertes SPS-System ist, bietet sich für uns die beste Möglichkeit, eine sichere Schnittstelle zur KI zu gewährleisten“, sagt Benson.
Ein weiterer Pluspunkt in puncto Sicherheit: Die WAGO Produkte haben alle Penetrationstests einer unabhängigen externen IT-Security-Firma bestanden – ein entscheidender Faktor, da Rechenzentren als kritische Infrastruktur gelten. Für eine praxisnahe Umsetzung der Verbindung von Sicherheit und Offenheit unterstützt WAGO den Gedanken „OPEN. To simplify security“.
Linux®, Modbus® und CODESYS im Zusammenspiel
Über das Modbus®-Protokoll werden von den Sensoren, Aktoren und Anlagenkomponenten Betriebsdaten in Echtzeit gesammelt und in der KI-Software zur Analyse und Optimierung verwendet. Die im Projekt verwendeten WAGO PFC200-Controller unterstützen Programmiersprachen gemäß IEC 61131-3 und arbeiten auf einer Linux®-basierten Echtzeitumgebung mit CODESYS V3.5.
Hier haben die Programmierer direkt in CODESYS Module erstellt, die über das Modbus®-Protokoll kommunizieren. Dies ermöglicht die einfache Integration verschiedenster Systeme und Geräte und bietet durch die Technologie von WAGO eine offene und flexible Einbindung in das Gesamtsystem.
„Momentan arbeiten wir daran, 35 von 45 Gebäuden in Europa mit der auf KI basierenden Optimierung auszurüsten. Wir reden hier von rund 2.000 betroffenen Controllern, von denen 1.300 zu vorherigen Generationen gehören, die wir hardwaremäßig austauschen müssen.
Ein wesentlicher Aspekt, der manchmal etwas hinten runterfällt,ist die Einbaugröße. Mit dem modularen Ansatz von WAGO haben wir die Möglichkeit, deutlich mehr Endgeräte bzw. Anlagen mit einem Knoten zu verbinden. So können in manchem Fall mehrere Meter Schaltschrank eingespart werden.
Die restlichen 700 Geräte werden lediglich neu programmiert“, gibt Benson einen Einblick in den Umfang des Projektes. „Das ist natürlich ein Mammutprojekt! Vor allem auch dadurch, dass die Anlagen ja weiter in Betrieb sind und die Kunden keinerlei Einschränkungen erleben dürfen“, stellt er klar.
Modularer Aufbau von Vorteil
An dieser Stelle kommt dem Team um Benson der Aufbau der WAGO Hardware zugute: „Der große Vorteil am modularen System ist, dass wir nur den kleinsten Teil auswechseln. Wir verwenden die Eingangs- und Ausgangskarten weiter und müssen keine Installationsänderung durchführen. Hinzu kommt, dass wir die SPS im Vorfeld programmieren konnten. Wir haben das vorherige Projekt übersetzt und natürlich noch einige Änderungen vorgenommen.
In der Inbetriebnahmephase brauchten wir unsere MSR-Schränke dann nur noch in einen sicheren Zustand zu bringen und konnten im Livesystem quasi Plug and Play austauschen“, sagt Benson. Der Erfolg des Proof-of-Concept ist jetzt schon deutlich, auch, wenn Benson und das Team noch in der Datenfindungsphase sind: „Wir gehen davon aus, dass wir 35 bis 40 Prozent der Energie reduzieren, die wir benötigen, um die Kälte zur Verfügung zu stellen. Die Investitionskosten werden wir damit in weniger als einem Jahr Betrieb wieder reingeholt haben“, sagt Benson.
Und der Blick richtet sich bereits nach vorn: „Der Weg, der vor uns liegt, wird mehrere Jahre dauern. Verbunden mit der Entscheidung, das Projekt weiter mit WAGO umzusetzen, wird ab sofort mit den neuen Controllern und CODESYS als Programmierungsumgebung weiter gemacht. So sind wir zukunftssicher und können einen Standort nach dem nächsten auf energiesparenden Betrieb umrüsten“, freut sich Benson.
POWER USAGE EFFECTIVENESS
Nebenanlagen im Sparfokus
Eine hohe Rechenleistung bedingt einen hohen Energieverbrauch. Dieser Zusammenhang lässt sich zunächst nicht lösen, doch in den Infrastruktureinheiten zum Kühlen der Anlagen steckt noch viel Optimierungspotenzial.
Daher lautet das Ziel von Energie- und CO2-Verordnungen: Rechenzentren müssen weniger Energie für Kühlung, Beleuchtung und andere nicht-IT-bezogene Infrastruktur verbrauchen, um ihre Gesamteffizienz zu erhöhen. Der PUE-Wert (Power Usage Effectiveness) gibt das Verhältnis zwischen dem Gesamtenergieverbrauch eines Rechenzentrums und dem Energieverbrauch der IT-Hardware an.
Hierbei bedeutet ein niedrigerer PUE-Wert eine bessere Effizienz. Branchenstandards und Leitlinien wie die des European Code of Conduct for Data Centre Energy Efficiency schlagen vor, PUE-Werte von unter 1,5 für neue Rechenzentren und annähernd 1,2 für besonders energieeffiziente Einrichtungen anzustreben.
Vorteile im Überblick:
- Modulare Systemarchitektur für flexible Skalierbarkeit
- Maximale Verfügbarkeit bei hoher Energieeffizienz und Sicherheit
- Sichere Überwachungs- und Steuerungslösungen für die Rechenzentrumsinfrastruktur
Frank Jablonski, freier Journalist, mylk+honey, Würzburg
Text vom Original übernommen – WAGO
