Kommunaler Energieversorger nimmt wegweisende Referenzanlage zur Serverkühlung in Betrieb

März 11, 2015

Berlin/Apolda, 10. März 2015 – Mit rund 21.000 Kunden (Privathaushalte und Unternehmen) ist die Energieversorgung Apolda GmbH (EVA) einer der größten kommunalen Versorger in der Region um Weimar und Jena. Hauptgesellschafter des 1992 gegründeten Unternehmens sind die Stadt Apolda und die Thüringer Energie AG.

Das Gebäude der Energieversorgung Apolda GmbH

Die EVA zeichnet sich vor allem dadurch aus, dass sie auf Erneuerbare Energien wie Photovoltaik und auch Blockheizkraftwerke setzt, um effizient und umweltverträglich Strom, Gas und Fernwärme bereitzustellen. Seit Mitte Dezember 2014 betreibt die EVA nun auch ein höchst fortschrittliches Energiesystem zur Kühlung ihres eigenen Rechenzentrums, das als Vorbild und Referenz für die gesamte Region dienen soll.

Für die Kühlung von Serverräumen werden weltweit große Mengen an Energie verbraucht (Nach neuesten Zahlen circa 1,5% des weltweiten Stromverbrauchs -Tendenz steigend). Um ein positives Zeichen zu setzen und auch die für Rechenzentren so wichtige Redundanz (Versorgungssicherheit) zu erhöhen, installierte die EVA eine zukunftsweisende KWKK-Anlage (Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung), um ihr eigenes Rechenzentrum mit Strom und Kälte zu versorgen.

Das System besteht im Kern aus einem Blockheizkraftwerk (BHKW) und einer Adsorptionskältemaschine (AdKM). Das BHKW produziert dabei Strom und Abwärme, welche die AdKM als Antriebsenergie nutzt für die Bereitstellung von Kälte. Der große Vorteil der AdKM gegenüber herkömmlichen Kältemaschinen ist, dass sie für die Kühlung fast ohne den Einsatz von Strom auskommt und so massiv elektrische Energie einspart. Die gesamte KWKK-Anlage zeichnet sich durch einen sehr hohen Wirkungsgrad und durch besonders lange Lauf­zeiten des BHKWs aus. Als Kältemittel und für den Kühlkreislauf wird Wasser eingesetzt. Neben den wirtschaftlichen Vorteilen schont die Anlage auch noch die Umwelt durch die Vermeidung klimaschädlicher Substanzen.

Klimatisierung des Serverraum mittels Luftkühlung

Redundanz und hohe Einsparungen für das Rechenzentrum

Zu den bereits genannten Vorzügen kommt bei einer Anlage zur Rechenzentrumskühlung noch der Effekt der erhöhten Netzstrom-Redundanz hinzu. Der sogenannte Inselbetrieb war in Apolda eines der Hauptziele bei der Installation der Anlage. Bei der Auswahl der BHKWs hat die EVA dazu auf eine Netzersatzfunktion geachtet und so eine zweite Stromquelle für den Serverraum geschaffen und die Ausfallsicherheit der Versorgung mit Strom und Kälte erhöht.

Auch für den Fall, dass die BHKWs gewartet werden, gibt es eine Redundanzanlage, die die Temperatur der Luftkühlung und somit der Serverschränke konstant hält. Im Winterhalbjahr kann die InvenSor Anlage allerdings mit der Free Cooling-Funktion auch ohne BHKW kühlen.

Das vom BHKW ausgekoppelte Warmwasser wird mit einer Temperatur von circa 60 Grad Celsius in die AdKMs geleitet und dort zur Produktion von Kälte genutzt. Die Kälte wird in Form von Wasser mit einer Temperatur von 15 °C bis 17 °C zur Verfügung gestellt und über Deckenkühler zur Serverkühlung verwendet. Das Rechenzentrum selbst wird dann konstant auf 21 °C temperiert.

Das installierte BHKW der Marke KW Energie (Leistung: 16,5 kW elektrisch und 37,5 kW thermisch) erzeugt kostengünstig Strom aus Erdgas. Seine Abwärme wird im Winter für die Beheizung der Büroräume genutzt, wenn die InvenSor Anlage im Freikühlungsmodus läuft. Dieses BHKW zeichnet sich durch hohe Wirkungsgrade (DIN ISO 3046-1) von 32,2% (elektrisch) und 73,1% (thermisch) aus. Auf der Kälteseite entschied sich die EVA für zwei InvenSor LTC 10 plus, die eine kombinierte Kälteleistung von 20 kW aufweisen. Sie nutzen die Abwärme des BHKWs und liefern Kälte in Form von Wasser, um das Rechenzentrum des Energieversorgers zu kühlen.

Dabei sorgen die beiden AdKMs für den positiven Effekt, dass sich die Auslastung (Betriebsstunden) des BHKWs erhöht und somit auch der Gesamtnutzungsgrad der KWKK-Anlage deutlich ansteigt. Auf Grundlage der ersten Berechnungen geht man bei EVA von 6.500 Betriebsstunden für das BHKW aus und einem ganzjährigen quasi 24-Stunden Betrieb der AdKMs.

Moderne KWKK-Anlage mit Adsorptionskältemaschinen

„Ein großer Vorteil der Anlage, neben den Energieeinsparungen, ist sicherlich ihre Umweltverträglichkeit. Im Gegensatz zu unserem alten Kaltwassersatz, der vorher die Kühlung des Rechenzentrums übernommen hat, sparen wir alleine durch die Kältelösungen über die Adsorption 21,5 Tonnen CO2 ein. Gerechnet auf das Gesamtprojekt sind es sogar knapp 40 Tonnen CO2 Ausstoß, der pro Jahr eingespart wird“, erklärt Peter Meitz, Planer der Gesamtanlage und Abteilungsleiter Energiedienstleistungen bei EVA, stolz.

Peter Meitz, Planer der Gesamtanlage und Abteilungsleiter Energiedienstleistungen bei EVA

Das produzierte Kaltwasser aus den InvenSor-Maschinen wird über eine Rohrverbindung an zwei Deckenluftverteiler weitergeleitet, die mit einer konstanten Temperatur von 21°C den Serverraum kühlen. Um eine effiziente Rückkühlung der KWKK-Anlage zu garantieren, befinden sich auf dem Dach des EVA-Gebäudes zwei InvenSor Tischkühler. Im Winter kann die sogenannte Free-Cooling Funktion (Freie Kühlung) der Adsorptionskältemaschinen von InvenSor genutzt werden, um das kalte Wasser zur Serverkühlung direkt aus dem Rückkühler ohne Nutzung des BHKWs bereitzustellen.

Die Abwärme des BHKWs wird in den Wintermonaten und in den Übergangszeiten ausschließlich für die Gebäudebeheizung verwendet. Der Anlagenkomplex in Apolda ist dabei so konfiguriert, dass bei Außentemperaturen die geringer als 16°C sind, die Serverkühlung über die Freie Kühlung der AdKM erfolgt. Steigt die Außentemperatur, wird der Kälteprozess angepasst und läuft dann über den Adsorptionsprozess der Kältemaschine und nicht über den Free-Cooling Modus. Somit kann die Laufzeit des BHKW in den warmen Monaten noch weiter erhöht werden und damit auch die Gesamtauslastung des Systems.

Das BHKW und die zwei AdKMs stehen im gleichen Technikraum im Keller des Hauptgebäudes der EVA. Direkt daneben befindet sich ein Warmwasserpufferspeicher, der installiert wurde um Spitzenlasten bei Heizung und Kühlung abzudecken. Der Warmwasserpufferspeicher hat ein Gesamtvolumen von 2.200 Liter Wasser. Bei Bedarf kann aus diesem Pufferspeicher die Systemregelung Wärme anfordern.

„Ich hatte mich schon während meines Studiums intensiv mit KWK und KWKK-Anlagen auseinandergesetzt und bin überzeugt von dem hohen Energiesparpotenzial, die diese Anlagen bieten können. Für uns als Energieversorger ist die Verbindung aus BHKW und Adsorber eine Lösung, nicht nur konsequent unseren Weg der sauberen Energiegewinnung fortzusetzen, sondern auch diese Referenzanlage als Vorbild für unser Contracting-Geschäft zu nutzen“, äußert sich Meitz.

Der 2200 Liter Warmwasser Pufferspeicher

Contracting als Servicemodell

Der Begriff Contracting taucht derzeit immer häufiger in den Fachmedien auf. Contracting bezeichnet ein umfassendes Dienstleistungskonzept, nach dem ein Anbieter (hier die EVA) mit dem Kunden ein individuelles Konzept für die Energieversorgung erstellt – von der Finanzierung und Bereitstellung einer modernen Anlage (hier BHKW und AdKM) über die Wartung, E-Check, alternative Energieberatung bis hin zu einem passenden Vertrag. Dabei übernimmt der Dienstleister als sogenannter „Contractor“ alle anstehenden Investitionen, den Einbau und die Unterhaltung der Anlagen, kurz gesagt, die Gesamtverantwortung im Rahmen langfristiger Verträge.

Dieses Modell lohnt sich dabei vor allem für Unternehmen, die sehr viel Energie verbrauchen und sowohl Kosten einsparen als auch umweltfreundlich heizen und kühlen wollen, ohne eigenes finanzielles Risiko einzugehen. Für den Kunden liegt der Vorteil des Contractings vor allem in vermiedenen Investitionskosten, effizienterer Betriebsführung durch spezielles Know-how des Contractors, geringes Risiko und schlicht höherer Servicequalität.

InvenSor Adsorptionskältemaschinen gehören zu den anwenderfreundlichsten und zuverlässigsten Geräten auf dem Markt. Der eigens für die Geräte entwickelte Mikrocontroller erlaubt eine Vielzahl von Konfigurationsmöglichkeiten und Anpassungen an die jeweiligen Anforderungen des Gesamtsystems und des Anwenders. Einstellungen wie z.B. für die Zieltemperaturen für Kaltwasser und für den Rücklauf im Antriebskreislauf lassen sich über das mehrsprachige farbige Touchscreen Display einfach und komfortabel einstellen. Sogar eine Nutzung als Wärmepumpe ist bereits vorbereitet und kann am Gerät aktiviert werden.

Technische Daten der Anlage

KühlsystemZwei InvenSor Adsorptionskältemaschinen LTC 10 plus FC mit Freikühlfunktion und integrierter Hydraulik (20 kW Nennleistung), Rückkühlung mit Spitzenlastbesprühung.
AntriebswärmeKW Energie BHKW mit 37,5 kW thermischer und 16,5 kW elektrischer Leistung, 2200 Liter Pufferspeicher Warmwasser.
KlimatisierungRaumkühlung eines Rechenzentrums via Deckenluftverteiler.
InstallationInbetriebnahme der AdKM im Dezember 2014
Das Wärme und Strom produzierende BHKW