Effizienter als Bleibatterien

In Rechenzentren sichern USV-Anlagen bei Netzausfällen die Stromzufuhr. Lange wurden sie ausschließlich mit Blei-Säure-Batterien betrieben. Doch Performance, Platzbedarf und Gesamtkosten sprechen mittlerweile für Lithium-Ionen-Akkus. Mit ihrem hohen Wirkungsgrad und einer langen Lebensdauer sorgen sie für einen energieeffizienten, nachhaltigen Betrieb.

Sturm, Gewitter, Blitzschlag: Naturgewalten können Stromnetze erheblich beschädigen und die Energieversorgung beeinträchtigen - von starken Spannungsschwankungen bis zum vollständigen Stromausfall. Gegen solche Gefahren wappnen sich Rechenzentren mit Notstromaggregaten und USV-Anlagen (Unterbrechungsfreie Stromversorgung), damit Geschäftsanwendungen weiter abrufbar sind und keine Daten verloren gehen. USV-Anlagen mit einer durch Batterien gestützten Autonomiezeit sorgen dafür, dass keine Unterbrechung der Stromversorgung entsteht und keine Beschädigungen an den IT-Systemen auftreten, sodass der Betrieb hoch verfügbar weiterläuft.

Über Jahrzehnte waren für solche USV-Anlagen Blei-Säure-Batterien das Mittel der Wahl. Mittlerweile beginnt eine neue Generation von Akkus auf Basis von Lithium-Ionen-Technologie, Einzug in Rechenzentren zu halten. Lange galten sie als zu teuer, doch in den letzten Jahren hat sich ihr Preis deutlich verringert - von 400 Euro pro Kilowattstunde im Jahr 2013 auf aktuell unter 90 Euro, Tendenz weiter fallend. Auch in der Gesamtkostenanalyse (Total Cost of Ownership) haben Lithium-Ionen-Akkus aufgrund längerer Lebensdauer, größerer Kapazität und geringerem Platzbedarf gegenüber Bleibatterien die Nase vorn.

Mehr Leistung auf gleichem Raum
Lithium-Ionen-Akkus können Energie kompakter speichern. Das verbessert nicht nur die Energieeffizienz von Rechenzentren, diese kommen auch mit weniger Platz aus. Bestehende Rechenzentren können also größere USV-Leistungen bei gleich bleibendem Raumangebot zur Verfügung stellen. Und neue Rechenzentren lassen sich vom Start weg kleiner planen - ein relevanter Kostenvorteil, gerade in Ballungsgebieten.

Längere Lebensdauer und hoher Wirkungsgrad
Auch mit ihrer Laufzeit von zwölf bis 15 Jahren lassen Lithium-Ionen-Akkus die Blei-Säure-Batterien hinter sich. Hinzu kommt, dass sie modular aufgebaut sind und sich durch ein Managementsystem ständig überwachen lassen. So können Rechenzentren-Betreiber defekte Zellen und Komponenten im laufenden Betrieb austauschen - das so genannte Hot Swapping. Diese Möglichkeit vereinfacht die Wartung der USV-Anlage, gleichzeitig steigt auch ihre Ausfallsicherheit. Bei Blei-Säure-Batterien ist hingegen das Risiko eines Komplettaustausches deutlich höher, da ein einzelner defekter Block einen ganzen Strang zerstören kann. Hinzu kommt, dass sich eine regelmäßige Überwachung von Einzelblöcken bei Bleisäurebatterien nur gegen einen erheblichen Aufpreis realisieren lässt, während in Lithium-Ionen-Akkus das Monitoring bereits eingebaut ist.

Lithium-Ionen-Akkus sind zudem deutlich unempfindlicher gegenüber hohen Temperaturen - damit sinken Energieverbrauch und Klimatisierungskosten. Da der Betriebstemperaturbereich von Akkus und USV-Elektronik identisch ist, lassen sich USV-Anlage und Batterie im gleichen Raum unterbringen. Darüber hinaus haben Lithium-Ionen-Akkus nur etwa ein Drittel des Gewichts konventioneller Batterien. Unter dem Strich erreichen sie einen hohen Wirkungsgrad von bis zu 97 Prozent. Rechenzentren können Lithium-Ionen-Akkus im Parallelbetrieb mit Blei-Säure-Altsystemen testen und so schrittweise auf den neuen Typus umsteigen - und die Akku-Batteriestränge jederzeit modular erweitern, um bei Bedarf ihre Leistung zu steigern.

Monitoring und Brandschutz
Um Risiken wie Überhitzung, Überladung und Kurzschluss vorzubeugen, braucht es ein umfassendes Monitoring der Batterien durch ein Management-System, das Parameter wie Temperatur und Spannungsregelung regelmäßig überprüft. Via USV-Anlage lässt sich das Batterie-Management-System in das so genannte "Data Center Infrastructure Management" (DCIM) integrieren und abrufen.

Ratgeber: Unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) als Basis der Digitalisierung

Professioneller Brandschutz ist für den Betrieb von USV-Anlagen unerlässlich - so verfügt die SmartLI-Lösung von Huawei bereits über ein eingebautes Brandschutzsystem. Falls Lithium-Ionen-Batterien einen Kurzschluss verursachen, setzen die eingebundenen Materialien zusätzlich Sauerstoff frei, was den Brand weiter anfacht. Um genau diesen Effekt zu verhindern, nutzt Huawei eine Lithium-Eisen-Phosphat-Verbindung, die mehr Sicherheit bietet als das in früheren Akkus genutzte Gemisch aus Lithium-Cobalt oder die derzeit verbreiteten Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Verbindungen.

Recyclingprozess in Arbeit
Noch existiert kein standardisierter Recyclingprozess für Lithium-Ionen-Akkus. Allerdings sind die Hersteller durch das Elektro- und Elektronikgerätegesetz (ElektroG) schon jetzt verpflichtet, alle Komponenten für USV-Anlagen zurückzunehmen, wenn sie nicht mehr genutzt werden. Die Wiederverwertung von Lithium-Batterien ist jedoch noch nicht geregelt - wäre aber eine unverzichtbare Voraussetzung für eine flächendeckende Akzeptanz und Ausweitung der E-Mobilität. Denn die Lithium-Ionen-Akkus versorgen nicht nur Rechenzentren, sondern auch unzählige Mobilgeräte wie Smartphones - und nicht zuletzt E-Autos. Daher ist damit zu rechnen, dass für Lithium-Ionen-Batterien aus Rechenzentren zeitgerecht ein verbindlicher Recyclingprozess zur Verfügung stehen wird - Hersteller wie Huawei und internationale Gremien, etwa in der EU, arbeiten bereits daran.

Klimaneutraler Betrieb von Rechenzentren
Klimaneutrale Rechenzentren sind in Reichweite - und Lithium-Ionen-Batterien leisten ihren Beitrag dazu. So arbeitet Huawei intensiv an einem Szenario für klimaneutrale Datenzentren, wobei mit Solarzellen oder Windrädern erzeugte Energie in Lithium-Ionen-Batterien zwischengespeichert und für den Betrieb von IT-Infrastruktur genutzt wird - oder beispielsweise in Ladestationen für Elektroautos zum Einsatz kommt. Unternehmen und Rechenzentrumsbetreiber können USV-Anlagen mit Lithium-Ionen-Batterien im Data Center Lab von Huawei in Nürnberg unter die Lupe nehmen und im Live-Betrieb ausprobieren - auch in Corona-Zeiten.