Große Kühlhäuser und Stahlwerke machen es den Rechenzentren vor: Viele passen ihre Stromnachfrage bereits an das aktuelle Angebot an. Durch die Verlagerung von Rechenlasten auf Zeiten, in denen der Anteil grüner Energie im Strommix hoch ist, könnten Rechenzentren ihre Treibhausgasemissionen erheblich senken. Das ist das Ergebnis einer Studie der Technischen Universität Berlin. Um den CO2-Fußabdruck des sogenannten Cloud-Computings zu verringern, untersuchten Forscherinnen und Forscher des Berlin Institute for the Foundation of Learning and Data (BIFOLD) die Auswirkungen einer intelligenten zeitlichen Verschiebung von zeitunkritischen Rechenlasten auf den CO2-Fußabdruck der Rechenzentren. Dazu analysierten sie die Kohlenstoffintensität der Stromnetze in Deutschland, Frankreich, Großbritannien und Kalifornien im Jahr 2020. „Wir haben verschiedene Szenarien der Lastverschiebung modelliert und experimentell evaluiert, um den Einfluss von Zeitbeschränkungen, Planungsstrategien und die Genauigkeit von Prognosen der Kohlenstoffintensität zu untersuchen", erklärt Doktorand Philipp Wiesner.
Wie Rechenzentren ihre Emissionen senken können
Rechenzentren verbrauchen weltweit über 200 Terawattstunden pro Jahr – mit stark steigender Tendenz. Beispiele für energieintensive, aber flexible Arbeitslasten reichen von großen maschinellen Lernaufträgen und wissenschaftlichen Simulationen bis hin zu Datenverarbeitungspipelines und Videorendering. „Rechenintensive Prozesse, die freitags um 18 Uhr angeschoben werden, haben in aller Regel Zeit bis Montagmorgen, solange sie beendet sind, wenn die Arbeitszeit wieder beginnt. Unsere Studie zeigt, dass die Ausnutzung dieser Flexibilität die Kohlenstoffemissionen eines Auftrags um 5,7 bis 8,5 Prozent senken kann, da die Kohlenstoffintensität am Wochenende in der Regel geringer ist“, beschreibt Wiesner die Ergebnisse. Ebenfalls untersuchte das Wissenschaftsteam sogenannte periodische Batch-Jobs, also Rechenaufträge, die in kleineren Einheiten bearbeitet werden können. Dazu zählen zum Beispiel sogenannte nächtliche Compile-Jobs, Integrationstests, Datenbank-Backups oder die Erstellung von Geschäftsberichten. Während die meisten Verträge versprechen, solche Aufträge immer zu bestimmten Zeiten auszuführen, könnten sie auch flexiblere Zeitfenster vorsehen. Die erhöhte Flexibilität könnte die Emissionen in bestimmten Bereichen laut Wiesner um bis zu einem Drittel reduzieren.
Was Kohlenstoffintensität bedeutet
Flexibilität könnte ein Schlüssel für die erfolgreiche Integration variabler erneuerbarer Energiequellen in das Stromnetz sein. Abhängig von den Wetterbedingungen und der Stromnachfrage kann die Höhe der Treibhausgasemissionen durch die Energieproduktion zeitlich stark schwanken. Die Kennzahl dafür nennt sich Kohlenstoffintensität. Sie beschreibt die absolute Menge an Treibhausgasemission pro bereitgestellter Energieeinheit in Gramm CO2-Äquivalente Treibhausgase. „In Deutschland ist es zum Beispiel nicht ungewöhnlich, dass an einem sonnigen Tag um 13 Uhr eine Kilowattstunde weniger als 100 Gramm CO2-Äquivalente verursacht, während eine Kilowattstunde um 18 Uhr mehr als das Vierfache verursacht, da abends keine Sonnenenergie zur Verfügung steht, der Energiebedarf aber steigt“, erklärt Wiesner. Quelle: TU Berlin / jb
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