Die zunehmende Häufigkeit von Hitzewellen und der rasante Anstieg des Energiebedarfs von Rechenzentren stellen Stromnetze weltweit vor enorme Herausforderungen. Aktuelle Batteriespeichersysteme sind oft nicht ausreichend, um diese Belastungen zu bewältigen. Langzeit-Energiespeicher (LDES) könnten eine Lösung bieten, um die Stabilität der Netze zu sichern und den Übergang zu erneuerbaren Energien zu unterstützen.
Wichtige Erkenntnisse
- Hitzewellen und Rechenzentren belasten Stromnetze zunehmend stark.
- Aktuelle Batteriesysteme (1-4 Stunden) reichen für lange Belastungen nicht aus.
- Langzeit-Energiespeicher (LDES) sind entscheidend für Netzstabilität und Energiewende.
- XL Batteries entwickelt pH-neutrale Flussbatterien für längere Speicherdauer.
- Rechenzentren benötigen enorme Energiemengen und suchen nach schnellen Lösungen.
Die Herausforderung: Extreme Hitze und Netzauslastung
Extreme Hitzeereignisse sind keine Seltenheit mehr. Zwischen 2000 und 2016 stieg die Zahl der Menschen, die Hitzewellen ausgesetzt waren, um etwa 125 Millionen. Gleichzeitig nahmen hitzebedingte Todesfälle bei über 65-Jährigen in zwei Jahrzehnten um rund 70% zu. Diese Entwicklung führt zu einer massiven Belastung der Stromnetze, da Klimaanlagen und Kühlsysteme auf Hochtouren laufen.
Dr. Thomas Sisto, Mitbegründer und CEO des Flussbatterie-Entwicklers XL Batteries, betont, dass die derzeit eingesetzten Batteriespeicher meist nur für eine Dauer von ein bis vier Stunden ausgelegt sind. Dies reicht aus, um kurzfristige Spitzen abzufangen, ist aber unzureichend für mehrtägige Hitzewellen. „Wir versuchen, das Netz zu optimieren, anstatt nur für das Viertelprozent des Jahres zu bauen“, erklärt Sisto. „Wir wollen näher an diese maximale Linie herankommen, sodass sie weniger spitz und runder ist. Das erfordert Langzeitspeicher. Das ist einfach so.“
Faktencheck: Hitzewellen und Stromverbrauch
- Anstieg der Hitzewellen-Exposition (2000-2016): ca. 125 Millionen Menschen
- Anstieg hitzebedingter Todesfälle (über 65 Jahre, in 20 Jahren): ca. 70%
- Typische Dauer heutiger Netz-Batterien: 1-4 Stunden
Der Aufstieg der Rechenzentren als Energieverbraucher
Neben den Klimaveränderungen sorgt auch das explosive Wachstum von Rechenzentren für eine enorme Nachfrage nach Energie. Große Campusse von Technologiegiganten wie Google, OpenAI oder Meta können Strommengen verbrauchen, die dem Bedarf einer ganzen Stadt entsprechen. Sisto vergleicht dies mit „der gesamten Stadt San Diego, die auf einmal eingeschaltet wird.“
Ein Bericht des US Congressional Research Service vom Mai zeigt, dass der jährliche Energieverbrauch von Rechenzentren in den USA im Jahr 2023 (ohne Kryptowährungen) etwa 176 TWh betrug. Das entspricht rund 4,4% des gesamten jährlichen US-Stromverbrauchs. Prognosen gehen davon aus, dass sich der Energieverbrauch von Rechenzentren bis 2028 verdoppeln oder sogar verdreifachen könnte.
„Niemand hat je eine Batterie gehabt und gesagt: 'Ja, das hat lange genug gehalten, ich brauche nicht mehr.' Es gibt keine Möglichkeit, dass wir sagen werden: 'Okay, vier Stunden sind genug.' Es wird einfach weiter expandieren.“
Unterschiede im Verbrauchsverhalten
Während private Haushalte in der Regel über eine gewisse Reservekapazität im Stromnetz verfügen, um bei Hitzewellen ihren Verbrauch zu steigern, agieren Rechenzentren laut Sisto oft bereits das ganze Jahr über an der maximalen Kapazität ihrer Netzanschlüsse. „Für Rechenzentren scheint es mir – und das ist ein wenig meine eigene Meinung zu dem, was kommt – aber es scheint mir, dass sie 100% der Zeit laufen werden.“ Dies könnte dazu führen, dass Rechenzentren bei extremer Hitze ihre Rechenleistung reduzieren müssen, da ein größerer Anteil der verfügbaren Energie für die Kühlung benötigt wird.
Langzeit-Energiespeicher als Schlüsseltechnologie
Um diesen Herausforderungen zu begegnen, sind Langzeit-Energiespeicher (LDES) unerlässlich. XL Batteries entwickelt eine innovative Flussbatterietechnologie, die auf einer pH-neutralen Chemie basiert. Diese wurde bei Tests zur Ladungsspeicherung einer roten Farbe entdeckt. Die Technologie funktioniert ähnlich wie eine Vanadium-Redox-Flussbatterie, verwendet jedoch organische Moleküle und pH-neutrales Wasser anstelle von Vanadium in Schwefelsäure. Dies ermöglicht längere Speicherzeiten und eine robustere Leistung.
Die Notwendigkeit von LDES wird auch durch die Alterung der Infrastruktur verdeutlicht. Sisto zitiert eine Zahl einer Bloomberg-Konferenz, wonach etwa 70% der US-Stromerzeugungskapazität zwischen heute und 2035 das Rentenalter erreichen wird. Gaskraftwerke und fossile Infrastruktur müssen ersetzt werden, oder es muss ein Übergang zu erneuerbaren Energien stattfinden, der durch Langzeit-Energiespeicher abgesichert ist. „Selbst wenn die Hälfte davon erneuerbar ist, ist das eine massive Veränderung in Bezug auf die Konsistenz der Stromerzeugung“, sagt Sisto. „Man wird definitiv Speicher und LDES brauchen, um das abzusichern.“
Hintergrund: Die Energiewende und LDES
Die Energiewende erfordert nicht nur den Ausbau erneuerbarer Energien wie Wind- und Solarkraft, sondern auch effiziente Speichermöglichkeiten. Da die Erzeugung aus diesen Quellen schwankt, sind Langzeit-Energiespeicher entscheidend, um eine kontinuierliche und stabile Stromversorgung zu gewährleisten. Sie überbrücken Perioden geringer Erzeugung und hoher Nachfrage und entlasten somit das Netz.
Marktreaktionen und zukünftige Lösungen
Der Markt reagiert auf die neuen Anforderungen auf zwei Wegen. Rechenzentren, die mit jahrelangen Verzögerungen bei der Netzanbindung konfrontiert sind, bauen eigenständige „Strominseln“ mit eigener Stromerzeugung und -speicherung vor Ort. Gleichzeitig bereiten sich Energieversorger auf ein beispielloses Lastwachstum vor, während sie die Erschwinglichkeit für die Verbraucher im Auge behalten.
„Rechenzentren wollen am Ende des Tages keine Mikrogrids sein“, sagt Sisto. „Sie bevorzugen eine stabile Netzverbindung und wollen dies auslagern. Das geht im Moment einfach nicht.“ Für die Übergangszeit bis 2030 sind hybride Ansätze denkbar, bei denen teilweise Vor-Ort-Anlagen entstehen, die später an das Netz angeschlossen werden, sobald die Infrastruktur mit der Nachfrage Schritt halten kann.
Branchenentwicklung und Investitionen
Auf einer Branchenkonferenz im April stellte Francesco Oppici, Mitbegründer und CCO des CO2-basierten LDES-Unternehmens Energy Dome, fest: „In den letzten Jahren haben wir hauptsächlich hier in den USA die 8-Stunden-Anwendung gesehen, um Kapazitäten für Rechenzentren bereitzustellen.“ Lucy Metzroth, Principal Innovation Technology Consultant bei Xcel Energy, die die Technologie von Energy Dome testet, fügte hinzu: „Wir sehen auch bei Großkunden eine riesige Chance, und sie brauchen Schnelligkeit bei der Stromversorgung, Dinge, die verfügbar sind. Wir sind sehr an anderen Dingen wie Geothermie oder Kernenergie interessiert, aber wir müssen jetzt Kapazitäten bereitstellen können.“
Dieser Trend wird durch die wachsende Zahl von Rechenzentrumsentwicklern untermauert, die LDES-Technologie nutzen. Ein Beispiel ist der 1GW/100GWh-Deal zwischen Meta und dem „Multi-Day“-Energiespeicher-Startup Noon Energy. Auch Google investiert in die Technologie von Energy Dome, wie letztes Jahr bekannt gegeben wurde. Die Notwendigkeit längerer Speicherlösungen ist unbestreitbar und wird sich laut Sisto weiter verstärken.
