DC-HEAT

Die Ausgangssituation: Was ist die ökologische Herausforderung?

Die Lieblingsserie zu jeder Uhrzeit in höchster Qualität schauen, sich auf Social-Media-Plattformen austauschen und Daten über Clouddienste von überall abrufen – all das ist selbstverständlich geworden. Dahinter steckt jedoch eine enorme Rechenleistung. Unsere wachsende Nachfrage nach digitalen Diensten führt auch dazu, dass der Gesamtenergiebedarf für die wachsende Zahl von Rechenzentren immer weiter steigt. Allein in Deutschland ist dieser Bedarf seit 2010 um 40 Prozent gestiegen – und wird voraussichtlich bis 2030 um weitere 50 Prozent zunehmen. Hinzu kommt der wachsende Flächenbedarf neuer Rechenzentren.

Die nachhaltige Dekarbonisierung der Energieversorgung ist also auch hier zusammen mit der Minderung der Energieverbräuche zu denken. Eine Chance für die Realisierung von Energieeinsparungen stellen effiziente Kühltechnik und Abwärmenutzung dar. In Frankfurt am Main etwa benötigen die vorhandenen Rechenzentren 20 Prozent der gesamten elektrischen Energie der Stadt. Diese Strommenge wird vollständig in Wärme umgewandelt, die bislang ungenutzt in die Umgebung ausstrahlt. Ein echtes Hindernis für eine gute CO2-Bilanz.

Die Idee: Welchen Beitrag kann KI konkret leisten?

Das Vorhaben DC-HEAT (Data Center Heat Exchange with Al-Technologies) erarbeitet ein Konzept, das die Abwärme in Rechenzentren nicht einfach so verpuffen lässt. Mit Unterstützung von Künstlicher Intelligenz (KI) soll im Raum Frankfurt die Planung und der Betrieb von Rechenzentren künftig so gestaltet werden, dass sich die negativen Auswirklungen auf die Umwelt reduzieren lassen und Abwärme bestmöglich genutzt wird.

Das passiert, indem mittels KI der ideale Standort von Rechenzentren gefunden wird, um ihre Abwärme optimal in Nah- und Fernwärmenetze zu integrieren. Zudem lassen sich mit KI-Modellen die Einflüsse von Abwärme-Quellen auf das Stadtklima besser einschätzen, um diese in der Stadt-entwicklung und -planung zu berücksichtigen. Weiterhin werden Daten erhoben und Potenziale bestimmt, die die künftige Planung und Auslegung von Wärmenetzen im Stadtgebiet Frankfurt erleichtern können.
 
Daneben stellt der dynamische Betrieb der Wärmenetze eine Herausforderung dar, der mit Hilfe von Kl begegnet werden kann: Sowohl das Wärmeangebot als auch die Wärmenachfrage ändern sich im Tages- und Jahreszeitenverlauf. Rechenlasten können mittels KI beispielsweise räumlich so platziert werden, dass nicht nur die Anforderungen der Wärmenetze erfüllt werden, sondern auch die Versorgung mit regenerativ erzeugter Energie optimal gewährleistet wird.

Der Ausblick: Welchen Leuchtturmcharakter hat das Projekt?

Frankfurt am Main ist für das Vorhaben der ideale Standort, da hier 40 Prozent der Großrechenzentren in ganz Deutschland angesiedelt sind. Die Stadt hat zudem einen Masterplan beschlossen, mit dem Ziel, bis zum Jahr 2050 klimaneutral zu werden. Dabei werden Wärmenetze eine zentrale Rolle spielen. Die hohe nationale und internationale Sichtbarkeit von Frankfurt als Rechenzentrumsstandort kann dazu beitragen, dass das Leuchtturmprojekt beispielgebende Lösungen für viele weitere Standorte dieser Art entwickelt.