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Digitalisierung und Klima: Stromhunger der Rechenzentren sorgt für Comeback von Kraftwerken mit fossilen Brennstoffen

Kohlehalde eines Kraftwerkes in Omaha, im US-Bundesstaat Nebraska. Das Kraftwerk soll drei Jahre länger laufen, weil mehr Strom für die boomenden Rechenzentren gebraucht wird.  - Copyright: Nati Harnik/AP
Kohlehalde eines Kraftwerkes in Omaha, im US-Bundesstaat Nebraska. Das Kraftwerk soll drei Jahre länger laufen, weil mehr Strom für die boomenden Rechenzentren gebraucht wird. - Copyright: Nati Harnik/AP

Rechenzentren sind Herz und Hirn der Digitaliserung. Sie machen die unsichtbare digitale Wirtschaft greifbar – und angreifbar. In den USA sorgt der Boom der Rechenzentren zunehmend für Unmut. In Phoenix im Bundesstaat Arizona gab es Proteste gegen ihren Lärm, Wasser- und Flächenverbrauch. Die größte Umweltbelastung aber bedeutet der gigantische Stromverbrauch. Rechenzentren von Google, Amazon, Microsoft und Co. verbrauchen längst mehr Strom als Megastädte wie New York – dazu noch rund um die Uhr, unabhängig von Wind und Sonne.

Der Boom der Stromfresser überfordert Versorger – und torpediert ihre Bemühungen, Krafftwerke mit fossilen Brennstoffen vom Netz zu nehmen. Und das in einer Zeit, in der der Klimawandel im Alltag ankommt. In Phoenix überstieg die Tageshöchsttemperatur in diesem Jahr an rekordverdächtigen 54 Tagen 110 Grad Fahrenheit, das sind über 43 Grad Celsius. Klimakiller Digitalisierung?

„Wir haben derzeit Anfragen von Rechenzentren für etwa 7000 Megawatt Strom", sagt Karla Moran, Managerin bei Salt River Project, einem der beiden großen Stromversorger der Region Phoenix. Zum Vergleich: Aktuell beläuft sich die gesamte Kapazität des Versorgers auf 11.000 Megawatt.

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Das Ausmaß des Interesses übersteige alles bisher Dagewesene. Die rasant steigende Stromnachfrage der Rechenzentren beeinflusse längst die langfristige Planung, so Moran. Der Stromversorger, besser bekannt als SRP, beschloss gerade erst, seine Kapazität zur Stromerzeugung um 2000 Megawatt zu erweitern, vor allem durch Gaskraftwerke. Dadurch werde die Leistung der mit fossilen Brennstoffen betriebenen Kraftwerke mindestens bis ins nächste Jahrzehnt gleich bleiben.

Steigender Energiebedarf und Abneigung gegen fossile Brennstoffe

Rechenzentren spielen in der modernen Wirtschaft und im Alltag eine immer wichtigere Rolle. Sie stellen die Rechen-, Speicher- und Übertragungskapazitäten bereit, die das Internet, mobile Anwendungen und Funktionen wie Streaming, Online-Handel, autonomes Fahren oder die Digitalisierung der Verwaltung ermöglichen.

Viele Rechenzentren gehören großen Technologieunternehmen. Eine wichtige Rolle spielen dabei die drei größten Anbieter von Cloud-Diensten - Amazon, Microsoft und Google. Hinzu kommen große börsennotierte Unternehmen wie Equinix und Digital Realty, die sich auf Entwicklung und Betrieb von Datenanlagen spezialisiert haben.

Arizona Gov. Katie Hobbs at Google's September announcement of a a new $600 million data center in Mesa, Arizona. - Copyright: City of Mesa
Arizona Gov. Katie Hobbs at Google's September announcement of a a new $600 million data center in Mesa, Arizona. - Copyright: City of Mesa

Der Boom hat gerade erst begonnen. Anwendungen der Künstlichen Intelligenz werden die Anforderungen an Rechenzentren noch einmal deutlich erhöhen – und damit auch ihren Strombedarf. Laut McKinsey wird sich der Strombedarf der Rechenzentren in den USA bis 2030 mehr als verdoppeln.

Als Konsequenz haben mehrere Versorger wie SRP ihre Pläne zurückgestellt, den Anteil von Öl, Gas und Kohle an der Stromerzeugung zu verringern oder ganz aus den fossilen Energien auszusteigen.

"Es ist einfach notwendig, über Kapazitäten zu verfügen, um den Bedarf zu decken", sagte Terry Boston, Ex-Geschäftsführer von PJM, dem größten Netzbetreiber des Landes. Mehr Strombedarf durch Rechenzentren erfordert mehr Kapazitäten zur Stromerzeugung.

Die zögerlichere Abkehr von fossilen Brennstoffen wiederspricht dem Ziel der Dekarbonisierun, die nach Ansicht von Wissenschaftlern notwendig ist, um die Klimakrise abzuwenden. Das Center on Global Energy Policy der Columbia University forderte im September in einer Studie mehr Tempo bei der Verringerung der CO2-Emission. James Glynn, einer der Autoren, sieht in Rechenzentren eine „zusätzliche und unvorhergesehene Belastung“. Die Rolle der Rechenzentren „könnte sehr folgenreich sein“.

Energieversorger müssen mehr Strom für Rechenzentren liefern und gleichzeitig CO2 sparen

Die Folgen des Energiebedarfs der Rechenzentren sind kein lokales Problem von Phoenix. Sie reichen weit darüber hinaus.

Beispiel Omaha im US-Bundesstaat Nebraska: Dort hat vor allem Google die Entwicklung von Rechenzentren stark vorangetrieben. Google investiert allein in Nebraska 3,4 Milliarden Dollar.

In der Folge meldet der Stromversorger Omaha Public Power District (OPPD) den größten Anstieg der Stromnachfrage in seiner fast 80-jährigen Geschichte – und nennt neue Rechenzentren als Hauptursache. Um den Bedarf zu decken, erhielt das Unternehmen 2022 die Genehmigung, die für 2023 geplante Schließung eines seiner Kohlekraftwerke bis 2026 zu verschieben.

Bis zum Jahr 2033 will OPPD die Kapazität in der Stromerzeung durch den Bau neuer Kraftwerke auf über 5 Gigawatt fast verdoppeln. Das entspricht der Stromlast von New York City an einem normalen Tag. Geplant ist auch der Bau von neuen Gaskraftwerken mit bis zu 950 Megawatt Leistung.

OPPD hat erklärt, dass es die neuen Gaskraftwerke nur zeitweise einsetzen will, wenn der Strombedarf die wachsende Kapazität an Strom aus erneuerbaren Energien übersteigt. Doch die Behauptung, dass OPPD fossile Brennstoffe nur für Spitzenlasten eingesetzt will, stößt bei Umweltschützern auf Skepsis.

„Das wäre eine Menge Geld, das in etwas investiert wird, das nicht viel genutzt werden wird“, sagt David Corbin, der Energiebeauftragte des Sierra Club in Nebraska. Er sei bestürzt, dass die Entwicklung der Solarenergie bei OPPD nur schleppend vorankomme, während Gaskraftwerke mit großer Geschwindigkeit gebaut werden.

Activists protesting at a board of supervisors vote on a controversial data center proposal in Woodbridge, Virginia, on November 1, 2022. - Copyright: Photo by Valerie Plesch for The Washington Post via Getty Images
Activists protesting at a board of supervisors vote on a controversial data center proposal in Woodbridge, Virginia, on November 1, 2022. - Copyright: Photo by Valerie Plesch for The Washington Post via Getty Images

Virginia verbraucht bald mehr Strom als Frankreich

Ähnlich ist die Lage in Virginia. In dem US-Bundesstaat gibt es besonders viele Rechenzentren. Dort hat der Energieversorger Dominion Energy Anfang des Jahres einen Plan zur Verdoppelung seiner Kapazität vorgestellt. Die Stromerzeugung des Bundesstaates wäre dann etwa so hoch wie die Frankreichs. Um dies zu erreichen, erwägt der Energieversorger, die Stilllegung von zwei Kohlekraftwerken zu verzögern und bis zu sieben neue Gaskraftwerke zu bauen mit einer Gesamtkapazität von neun Gigawatt.

Auch Dominion verzeichnet einen Rekordanstieg bei der Stromnachfrage, getrieben durch Rechenzentren. Im September gab das Unternehmen bekannt, dass es Verträge über die Lieferung zusätzlicher 5,8 Gigawatt an Rechenzentren bis 2032 abgeschlossen hat. Das entspricht einer Verdreifachung der derzeitigen Stromnachfrage der Branche in Virginia.

Dominion-Sprecher Aaron Ruby schrieb, dass der große und stetige Stromverbrauch von Rechenzentren "den Bedarf an stets zuverlässigen Stromquellen, die rund um die Uhr Strom liefern können, noch verstärkt".

Der Boom der Rechenzentren fällt in eine Zeit, in der viele Energieversorger erneuerbare Energien vorantreiben. Sie setzen sich entweder freiwillig Ziele oder gesetzliche auferlegte Fristen zur Senkung des CO2-Ausstoßes erfüllen.

SRP in Phoenix will beispielsweise seine Kapazizät in Solarenergie und andere erneuerbare Energien verdreifachen. Dominion hat erklärt, dass es seine Erzeugung aus erneuerbaren Energien bis 2038 verzehnfachen will, wozu der größte Offshore-Windprojekt Virginias gehört. Auch OPPD will seine saubere Energie ausbauen - genug, um bis zu 450.000 Haushalte mit Strom zu versorgen.

Erneuerbare Energien können nicht konstant genug Strom produzieren.

Auch die Betreiber der Rechenzentren sagen, dass sie sich für weniger Emissionen und mehr erneuerbare Energien einsetzen. Sie nehmen für sich in Anspruch, dass ihre Nachfrage und die langfristigen Verträge helfen, um Projekte für erneuerbare Energien zu finanzieren.

"Es gibt heute sicherlich keine andere Branche, die es den Versorgern so ermöglicht, eine sauberere Energieerzeugung einzuführen, wie Rechenzentren", sagte Lee Kestler, der Geschäftsführer des Rechenzentrumsentwicklers EdgeCore.

Google weist für das Rechenzentrum in Nebraska auf das Ziel hin, bis 2030 rund um die Uhr kohlenstoffffreien Strom für den Betrieb zu verwenden. "Wir untersuchen in enger Zusammenarbeit mit OPPD Projekte für saubere Energie, können aber zu diesem Zeitpunkt noch keine Details nennen", sagte eine Google-Sprecherin.

Amazon, einer der größten Betreiber und Nutzer von Rechenzentren, teilte uns mit, das Unternehmen habe in Virgina Verträge über die Abnahme von Energie aus Solar- und Windkraftanlagen mit einer Leistung von rund 6 Gigawatt.

Die Rechenzentren mögen zur Finanzierung grüner Energie beitragen. Das Problem ist aber, dass sie ihren eigenen Strombedarf nicht ohne Weiteres aus erneuerbaren decken können. Denn Rechenzentren verbrauchen rund um die Uhr viel Strom, auch dann, wenn weder Wind noch Sonnenlicht verfügbar sind.

Um sich darauf einzustellen, haben Energieversorger begonnen, riesige Batterieanlagen zu bauen und andere Methoden der Energiespeicherung einzusetzen, wie Pumpspeicherkraftwerke. SRP kündigte an, bis 2035 Pumpspeicherkraftwerke mit einer Kapazität von 1000 Megawatt zu bauen.

SRP will zudem eine 250-Megawatt-Batterieanlage bauen, um die Stromlast eines Rechenzentrums zu decken, das in der Nähe von Phoenix gebaut wird. OPPD und Dominion haben ähnliche Batterieprojekte vorgestellt.

Im Vergleich zum Gesamtverbrauch sind die Batteriesysteme jedoch nach wie vor winzig klein und können das Netz vorerst nur für wenige Stunden am Stück ersetzen.

„Die derzeitige Batterietechnologie speichert Strom nur für 4-6 Stunden“, schrieb uns der Sprecher von Dominion, Aaron Ruby, in einer E-Mail. Er führte diese zeitliche Begrenzung als Grund dafür an, dass sich der Energieversorger „nicht ausschließlich auf erneuerbare Energien verlassen kann“.

„Offshore-Wind erzeugt nur 40 bis 50 Prozent der Zeit Strom, Solarenergie nur 20 bis 25 Prozent", schrieb Ruby, „wenn das die einzigen Stromquellen sind, die wir haben, können wir den Strom nicht aufrechterhalten.“

Die Grenzen der erneuerbaren Energien und der Speichersysteme bedeuten, dass oft eine Infrastruktur aus fossilen Brennstoffen erforderlich ist, um zumindest einen Teil der Stromlast von Rechenzentren und anderen Industriekunden zu decken.

„Wir möchten, dass sie sauber ist", sagte Kestler, der CEO von EdgeCore, über die von Rechenzentren verbrauchte Energie. Aber „heute kann man mit einer erneuerbaren Energiequelle nicht konstant genug Strom erzeugen“.

ELarge power lines bring power to a substation that powers a newly completed Facebook data center on October 5, 2021 in Eagle Mountain, Utah. - Copyright: George Frey/Getty Images
ELarge power lines bring power to a substation that powers a newly completed Facebook data center on October 5, 2021 in Eagle Mountain, Utah. - Copyright: George Frey/Getty Images

Versorger haben Schwierigkeiten, mit dem Boom der Rechenzentren Schritt zu halten

Das starke Wachstum der Rechenzentren, die von außen wie schlichte Lagerhäuser aussehen, begann vor einem Jahrzehnt als ein Boom bei Cloud Computing und Speicherung einsetzte, angeführt von Tech-Giganten wie Amazon, Microsoft und Google. Es wird erwartet, dass die künstliche Intelligenz einen neuen Wachstumsschub einleitet. Großinvestoren wie Blackstone, KKR und Brookfield mischen mit Plänen für neue Rechenzentren für viele Milliarden Dollar mit.

An Orten, an denen sich Rechenzentren ansiedeln, kann ihr Energiebedarf die vorherige Last ganzer Städte erreichen oder sogar übersteigen.

Nach einer Schätzung von Insider beläuft sich der Strombedarf der von Amazon geplanten Rechenzentrumsfläche in Nord-Virginia wahrscheinlich auf mehr als 3 Gigawatt – das ist mehr als die Stromkapazität von Seattle, der Heimat Amazons.

APS, das zweite große Versorgungsunternehmen in Phoenix, wird voraussichtlich im November seine langfristige Energiestrategie veröffentlichen. In den vorläufigen Dokumenten werden Rechenzentren als "Hauptquelle des Lastwachstums im Zeitraum 2023-2038" genannt.

Wendy Bridges, die Leiterin der Wirtschaftsförderung von Goodyear, einer Stadt mit rund 100.000 Einwohnern westlich von Phoenix, sagt, der Bedarf wachse rasant. Microsoft wolle zwei große Rechenzentren in Goodyear erweitern. Zwei weitere große Rechenzentrumsentwickler, Stream und Vantage, haben ebenfalls angekündigt, dass sie ihre Aktivitäten in der Gemeinde ausbauen wollen.

Für die lokalen Regierungen seien Rechenzentren wegen der hohen Investitionen und Steuern attraktiv. „Wenn man über die Höhe der Investitionen spricht, dann ändert sich die Lage, denn es handelt sich um riesige Investitionen. Es sind Milliarden-Dollar-Projekte", sagt Bridges.

Strombedarf wie 560.000 neue Wohnhäuser

Jill Hanks, eine Sprecherin von APS, sagte uns, der Energieversorger erhalte „noch nie dagewesene Anfragen von großen Energieverbrauchern, hauptsächlich Rechenzentren, die rund um die Uhr und an 365 Tagen im Jahr ein konstant hohes Energieniveau benötigen". Das Volumen entspräche dem Zubau von etwa 560.000 Häusern in Arizona in den nächsten acht Jahren", sagte Hanks.

"APS hat immer wieder angedeutet, dass sie dafür eine beträchtliche Menge an Erdgas benötigen werden", sagte Potter, der Vertreter des Southwest Energy Efficiency Project.

Der Energieversorger des Bundesstaates Nevada, NV Energy, erlebt ebenfalls einen Aufschwung der Rechenzentren. Die Stadt Reno könnte aufgrund ihrer Nähe zur Bay Area mit San Francisco und dem Silicon Valley als Markt für Rechenzentren dramatisch expandieren. Kestler, der CEO von EdgeCore, glaubt, dass Reno in einem Jahrzehnt mit Phoenix konkurrieren könne. EdgeCore selbst kündigte den Bau eines 216-Megawatt-Rechenzentrums in der Stadt an.

NV Energy bestätigt bereits eine enorm steigende Nachfrage nach künftigen Kapazitäten. Wie geht das Unternehmen damit um? In einer anderen Boom-Region, Las Vegas, hat NV Energy gerade die Genehmigung erhalte, die Silverhawk Generating Station um 440 Megawatt zu erweitern. Es ist ein Gaskraftwerk.

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