Können Rechenzentren auch anders gekühlt werden?
Hier wird berichtet von einem meta-Rechenzentrum, das Wasser der Umgebung nahezu komplett verbraucht für die Kühlung
Geht das nicht auch ohne Wasser? Ein geschlossener Wasserkreislauf, andere Stoffe?
7 Antworten
Klar kann man anders kühlen.
Das Problem ist, wie man das am "billigsten" kühlt.
Die Wärme muss irgendwohin. In Island ist das kein Problem. Die holen sich Strom aus Geothermiekraftwerken und nutzen diesen ausgesprochen billigen Strom für Wärmepumpen Klimaanlagen die die Wärme in die recht kühle Umgebung von Island abgeben können.
Das Problem in der Region im Artikel ist, dass die Umgebung sehr heiß ist. Also muss eine Wärmepumpe extra viel Arbeit leisten, also Energie verbrauchen um die Wärme gegen die Hitze Draußen aus dem Gebäude heraus zu pumpen.
Am billigsten ist hier Wasser zu verdunsten. In einem geschlossenen Kreislauf verdunstet nichts, also kühlt da auch nichts oder hilft einer Wärmepumpe.
Aber die Menschen drumherum werden nicht verdursten. Da geht es um Angebot und Nachfrage. Ist zu wenig Wasser da, steigt der Preis. Und dann kommt es drauf an wer bereit ist mehr für das Wasser zu zahlen. Die Anwohner oder das Rechenzentrum. Wird das Wasser für das Rechenzentrum zu teuer, müssen die auf mehr Strom für Wärmepumpen umsteigen.
Da in der Region aber nicht genug elektrischer Strom vorhanden ist, ist der Strom da sehr teuer. Also müssen die Anwohner nur bereit sein genug für das Wasser zu zahlen so dass das Rechenzentrum nicht mehr Gewinne abwirft und zumachen muss.
Oder Jemand baut ein Kraftwerk.
Microsoft investiert in "Three Miles Island" um den alten 70er Jahre Reaktor für Rechenzentren zu modernisieren. Das ist das Kraftwerk wo es erstmals zu einer Medienwirksammen Kernschmelze kam und das hat praktisch erst die ganze "Anti-Atom" Bewegung weltweit los getreten. Und dieser Oldtimer ist jetzt für Rechenzentren extrem wertvoll!
Das ist tatsächlich "ein Ding".
Es gibt seit einigen Jahren Siliziumkarbid Halbleiter. Leider kann man das Zeug nur in kleinen Flakes herstellen und kann dann aus hunderten Flakes einen geeigneten heraus suchen um einen Transistor daraus zu machen.
Wenn es irgendwann mal gelingt da einen Wafer draus zu machen, kann man daraus Prozessoren machen.
In Frequenzumrichtern (E-Autos, Hochspannungsübertragung) kommen die Transistoren schon zum Einsatz.
Das tolle ist, dass den Dingern 200°C nicht weh tun. Also könnte ein Siliziumkarbid Prozessor die Hitze einfach in die Luft abstrahlen, nirgendwo auf der Erde ist es zu heiß um das mit einem einfachen Lüfter zu kühlen.
Übrigens, der "absolute Hammer" beim TMI Vorfall war, dass 12 Tage vorher der Film "The China Syndrome" raus kam.
https://www.youtube.com/watch?v=nemYBeT4aQY
In dem Film passiert praktisch das gleiche wie beim TMI Unfall. Im Film war das eine klemmende Anzeige, in der Realität hat ein Sensor bauartbedingt versagt.
In beiden Fällen wurde Wasser abgelassen weil zu viel Wasser angezeigt wurde.
Natürlich ist der TMI Vorfall viel komplexer. Hier wird der Vorfall richtig gut erklärt:
Stimmt, ich erinnere mich an den Film und dass das kurz vorher war - in Österreich dann deutlich danach (die Filme kamen immer erst nach Deutschland in Österreich an), aber das wurde zum Thema.
Es gibt diverse Optionen, je nachdem WO man das RZ eben so hinpflanzt.
Aber Kostenfaktoren sind meist eine wichtige Einschränkung.
Will man die Abwärme einfach nur loswerden, dann ist das zwar teuer, aber kein prinzipielles Problem: Prinzip Trockenkühlung (siehe die Antwort von HansWurst45). Die in der Abwärme enthaltene Energie wird auf diese Weise allerdings weggeworfen.
Wie man die Abwärme stattdessen als Brauchwärme nutzen kann, ist eine schwierigere Frage. Für die meisten industriellen Prozesse ist ihre Temperatur nämlich zu niedrig. Eher wäre es möglich, sie für Heizung und Warmwasser zu benutzen. Dafür brauchen die betreffenden Städte allerdings Fernwärmenetze, und um in solche zu investieren muss auch die langfristige Versorgungssicherheit gewährleistet sein. Bei Grundlastkraftwerken als Wärmelieferanten ist das hinreichend sicher zu planen. Zu klären wäre, ob man mit Rechenzentren ebenso verlässliche langfristige Verträge schließen kann.
Die Menge der von Rechenzentren umgesetzten Energie wächst von Jahr zu Jahr, und damit die Menge der dort weggeworfenen Abwärme. Allein in Deutschland geht es jetzt schon um ca. 20 Milliarden kWh im Jahr, wenn man die veröffentlichten Zahlen extrapoliert.
Hier stehen Zahlen zum Energieumsatz der Rechenzentren:
Dann müssten die Rechenzentren statt Wasseranschluss einen Fernwärmeanschluss bekommen. Wenn der gratis wäre für die Rechenzentren (die Fernwärmegesellschaft bekäme dafür gratis Wärme, die vermutlich relativ konstant kommt), wäre das interessant für die Ansiedlung?
Wie interessant so ein Standort für die Ansiedlung wäre, hängt sicher von vielen Faktoren gleichzeitig ab, z.B. Backbone-Anbindung, Strompreis, Steuern, Personalangebot, usw. Auch, ob da etwas gratis wäre, ist Kalkulationssache. Die Wärme hat einen Wert, aber die Dienstleistung Kühlung hat auch einen. Ein Fernwärmenetz zu planen und zu bauen ist keine einfache Sache, weil ja viele Abnehmer beteiligt sind, und die Stadtverwaltung hat die Planungshoheit. Die Partner werden sich jedenfalls überlegen, was sie für Alternativen hätten, und was die kosten würden.
Du kannst mal hier schauen, wie solche Überlegungen aussehen:
https://www.ingenieur.de/technik/fachbereiche/energie/abwaerme-aus-rechenzentren-sinnvoll-nutzen/
https://www.helmholtz-klima.de/klimawissen/heizen-mit-daten-abwaerme-aus-rechenzentren-nutzen
Wenn man die Kraftwerke zu Stromerzeugung mit einbezieht, ist die gleiche Frage "wohin mit der Wärme" zu lösen. Die energetisch vernünftigste Antwort ist im Prinzip die gleiche und läuft unter dem Stichwort Kraft-Wärme-Kopplung. https://www.qwant.com/?q=kraft-wärme-kopplung&t=web
Ein geschlossener Wasserkreislauf, andere Stoffe?
Ein geschlossener Wasserkreislauf allein wäre nur eine Heat Sink. Also eine große Masse, die viel Wärmeenergie aufnimmt. Und dann? Also was machst du, wenn das Wasser warm ist?
Wenn du dir eine Wasserkühlung an einem Auto oder an einem Computer anschaust, stellst du fest dass der Wasserkreislauf allein dem Wärmetransport von der Wärmequelle zum Kühler dient. Die Wärmeenergie muss in einem separaten Kühler vom Wasser in die Umgebung (oder sonstwohin) übergeben werden.
Sprich, einfach eine Flüssigkeit im Kreis zu pumpen, verlagert das Problem nur von einem Ort an einen anderen Ort, ohne es zu lösen ;)
Können Rechenzentren auch anders gekühlt werden?
Natürlich. Nur ist es halt am Billigsten, einfach das vorhandene Wasser zu verdunsten und den Verdunstungs-Kühleffekt zu nutzen.
Du könntest alternativ auch eine Luftkühlung verwenden. Also wie beim Auto oder Computer das Kühlwasser durch einen Radiator pumpen und Luft durch diesen pusten, sodass die Wärmeenergie an die Luft abgegeben wird. Ist simpel, funktioniert, braucht zwar recht viel Platz aber geht mit erträglichen Kosten einher. Der Knackpunkt ist: Das funktioniert umso schlechter, je geringer der Temperaturunterschied zwischen dem Kühlwasser und der Umgebungsluft ist. Und es funktioniert erst recht nicht, wenn die Umgebungsluft wärmer ist als die Temperatur, die das Kühlwasser haben soll. Und wenn du dir mal das Klimadiagramm für Newton County, Georgia anschaust, stellst du fest dass dies im Sommer der Fall ist. Sprich, an diesem Standort scheidet so eine einfache Luftkühlung aus.
Nun könnte man eine Wärmepumpe verwenden. Also das, was den Kühlschrank kühlt und mit dem moderne Häuser beheizt werden. Das funktioniert auch gegen das Wärmegefälle, also du kannst Wärme von der kühleren Seite zur wärmeren transportieren. Aber im Vergleich zu einem einfachen Radiator oder einer Verdunstungskühlung frisst eine Wärmepumpe halt doch erstaunlich viel Strom - du könntest in etwa damit rechnen, dass die Kühlung des Rechenzentrums die Stromrechnung um ein Viertel oder ein Drittel erhöhen würde.
Da nun niemand Geldscheißerei hat, wird halt die billigst mögliche Lösung gesucht und wie du im Artikel lesen konntest: Wasser zu verbrauchen, ist deutlich billiger als Strom zu verbrauchen.
Die meisten Kältemaschinen haben Trockenkühltürme, brauchen also keinen Tropfen Wasser für die Rückkühlung. Wenn da Rechenzentren gebaut werden, die mittels der Verdunstung von Wasser rückkühlen, kann das nur finanzielle Gründe haben. Bei großen Anlagen sind Naßkühltürme billiger. Das vergrößert den Gewinn für die Stakeholder
Wer's genauer nachlesen will: https://de.wikipedia.org/wiki/Kühlturm#Trockenkühlung
solange die Prozessorkerne nicht schmelzen ist alles egal /satire