Green-IT. Chancen und Herausforderungen zur Energieeinsparung in Rechenzentren

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

1 Einleitung

2 Definition und Bedeutung von Green-IT
2.1 Definition von Green-IT
2.1.1 Green in der IT
2.1.2 Green durch die IT
2.2 Bedeutung von Green-IT und Initiativen
2.2.1 Ökologische und Ökonomische Bedeutung
2.2.2 Green-IT Initiativen

3 Energieeinsparpotenziale und –maßnahmen in Rechenzentren
3.1 Energieverbrauch in Deutschland und in Rechenzentren
3.1.1 Energieverbrauch der IKT in Deutschland
3.1.2 Trends und Energieeinsparpotenziale in Rechenzentren
3.1.3 Komponenten im Rechenzentrum
3.2 Optimierung der Kühlung
3.2.1 Kühlungsverfahren
3.2.2 Kühlgerätearten
3.2.3 Weitere Möglichkeiten
3.3 Optimierung des IT-Equipments
3.3.1 Anwendungskonsolidierung
3.3.2 Virtualisierung von Servern
3.3.3 Weitere Möglichkeiten

4 Fazit

5 Literaturverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Ebenen der Green-IT

Abbildung 2: Stromverbrauch der IKT nach Hauptanwendungen für 2007 in TWh

Abbildung 3: Stromverbrauch der IKT nach Hauptanwendungen für 2007 in Prozent

Abbildung 4: Prognose des Stromverbrauchs nach Hauptanwendungen von 2007 bis 2020 in GWh

Abbildung 5: Entwicklung und Szenarien des Stromverbrauchs von Servern und Rechenzentren in TWh

Abbildung 6: Entwicklung und Szenarien der Stromkosten von Servern und Rechenzentren in Euro

Abbildung 7: Stromverbrauchsanteile der Komponenten in einem Rechenzentrum

Abbildung 8: Virtualisierung von Servern

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1 Einleitung

Der Klimawandel wird aufgrund des weltweiten Temperaturanstiegs für die Zukunft prognostiziert. Um diesem Temperaturanstieg entgegenzuwirken müssen die globalen CO2-Emissionen verringert werden. Mit einem Anteil von 2 % erzeugt die IT (Informationstechnik)-Branche global genauso viele Emissionen wie die Luftfahrt, wobei der Trend nach oben geht.

IT-Produkte befinden sich heute in allen Bereichen des täglichen Lebens und haben sich in den letzten Jahren stark entwickelt. Dies führt allerdings zu einem Anstieg des Energiebedarfs. Hier kommt Green-IT zum Einsatz, welches das Ziel hat, die Verwendung von IKT (Informations- und Kommunikationstechnologie) energieeffizient und ressourcenschonend, über dessen gesamten Lebenszyklus, auszurichten. Die größten Stromverbräucher im IT-Bereich, und maßgebend für die CO2-Emissionen, sind Rechenzentren. Der hohe Energieverbrauch führt bereits heute zu hohen Kosten und wird in den kommenden Jahren weiter steigen. Durch den Einsatz von Green-IT-Maßnahmen lassen sich in Rechenzentren Energieeinsparungen und damit auch Kostenersparnisse erzielen.^[1]

Oek

2 Definition und Bedeutung von Green-IT

Die IT-Industrie trägt seit mehreren Jahren unter dem Begriff Green-IT zu einem Umwelt- und Ressourcenschutz bei.^[2] Um darzulegen, was Green-IT beinhaltet, wird dieser Begriff im Folgenden näher definiert. Im weiteren Verlauf wird auf die ökologische und ökonomische Bedeutung von Green-IT eingegangen und anschließend Initiativen der Bundesregierung vorgestellt.

2.1 Definition von Green-IT

Der klassische Gedanke von Green-IT ist die „ressourcenschonende Verwendung von Energie und Einsatzmaterialen in der IKT über den gesamten Lebenszyklus“. Dies bedeutet, dass bei der Entwicklung als auch bei der Entsorgung bzw. bei der Wiederverwertung ein umweltschonender Umgang erfolgt.^[3] Im Weiteren Sinn kann der Begriff Green-IT in die zwei Bereiche „Green in der IT“ und „Green durch die IT“ unterschieden werden. Hierzu liefert die OECD (Organization for Economic Co-operation and Development) eine Beschreibung, die sich in drei Ebenen aufteilt, wobei die ersten beiden Ebenen die Green-IT direkt betreffen (siehe Abbildung 1).

2.1.1 Green in der IT

Der innere Kern beinhaltet die unmittelbaren Auswirkungen und umfasst alle ressourcenschonenden Umsetzungen in der IT. Hier kommt der klassische Gedanke von Green-IT zum Tragen. Es werden bspw. Komponenten genutzt, die Energiesparend sind oder Wiederverwendet werden können.

2.1.2 Green durch die IT

Der mittlere Kreis umfasst alle umweltschonenden Effekte, die durch die Nutzung von IT ermöglicht werden. Dabei handelt es sich um Auswirkungen im ökonomischen und sozialen Bereich. Zum Beispiel kann durch intelligente Heiz- und Licht-Systeme der Energieverbrauch in Gebäuden gesenkt werden. Ein weiteres Beispiel ist, dass durch effiziente Drucker der Papierverbrauch reduziert werden kann.

Die OECD beschreibt noch eine dritte Ebene, die Systemauswirkungen. Durch die Nutzung von IKT erfolgen Verhaltensänderungen und andere nicht-technische Auswirkungen. Ein Beispiel für die Verhaltensänderung von Konsumenten ist die Entwicklung von Desktop-Computer über Laptops hin zu Netbooks. Ein weiterer Einfluss auf die Verhaltensänderung durch Nutzung von IT, ist die Nutzung digitaler Musik und die Kommunikation per Email.^[4]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: (BMWi, 2015a)

Abbildung 1: Ebenen der Green-IT

Da die Verhaltensänderung sich durch die Nutzung von IT ergibt, überschneiden sich der mittlere sowie der äußere Kreis und dies zeigt, dass es für die Definition von Green-IT grundsätzlich nur zwei Sichtweisen gibt. Zum einen die IT als Gegenstand, das zum Umweltschutz beiträgt. Zum anderen der Einsatz von IT, um die Umweltbelastungen zu senken.^[5]

2.2 Bedeutung von Green-IT und Initiativen

Der Begriff Green-IT ist in den letzten Jahren zu einem Modewort geworden. Allerdings wurden ressourcenschonende Maßnahmen in der IT auch bereits in der Vergangenheit durchgeführt. Green-IT kann daher von der allgemeinen Entwicklung zur Nachhaltigkeit nicht komplett getrennt werden. So hat sich das Bewusstsein in der Gesellschaft für Nachhaltigkeit und zur Vermeidung von negativen Umwelteinflüssen durch den Menschen, auf das IT-Umfeld ausgeweitet.^[6] Nachfolgend wird die Bedeutung für die Umwelt und für Unternehmen aufgezeigt. Anschließend erfolgt ein Einblick in vorhandene Initiativen für Green-IT.

2.2.1 Ökologische und Ökonomische Bedeutung

Ein Grund für das große Interesse an Green-IT Maßnahmen ist der Klimawandel. Die weltweite erwartete Klimaerwärmung wird durch den global steigenden Ausstoß von CO2-Emissionen und anderen umweltschädlichen Gasen gefördert. Beeinflusst wird das weltweite Ökosystem durch den Mensch, der Raubbau an den noch verfügbaren Ressourcen betreibt. Die erwartende Klimaerwärmung und dessen Auswirkungen haben das Interesse der Öffentlichkeit geweckt und klimarelevante Fragestellungen werden wahrgenommen. Eine Analyse durch Simon Mingay vom Institute Gartner hat ergeben, dass die weltweite IT-Infrastruktur ca. 2 % des gesamten Kohlenstoffdioxid-Ausstoßes ausmacht. Ein Vergleich mit der Luftfahrt, dessen CO2-Ausstoß weltweit ebenfalls bei ca. 2 % liegt und zu dem Umweltsünder gehört, zeigt, dass auch die IT einen gewaltigen Einfluss auf die Umwelt hat. Viele Hersteller von IT-Produkten haben daher dieses Thema in ihre Produkt- und CSR-Strategien (Corporate Social Responsibility) mit aufgenommen.^[7] Allerdings bestehen für Unternehmen weitere Vorteile hinsichtlich der Energieeinsparung, vor allem wenn die IT in den Unternehmensbereichen wie Produktion und Dienstleistungen eingesetzt wird. Laut Dennis Pamlin vom WWF (World Wildlife Fund) kann die Verbesserung der Geschäftsprozesse durch den Einsatz von IT eine rund zehnmal höhere Energieeinsparung erzielt werden. So können z.B. Flugreisen, die daraus entstehenden Kosten und Emissionen entfallen, wenn international tätige Unternehmen stattdessen Videokonferenzen nutzen.

Der ökologische und ökonomische Ansatz schließen sich gegenseitig nicht aus, denn Unternehmen können zum einen ihre Geschäftsprozesse durch den Einsatz von IT verbessern und dadurch die Umwelt schützen, zum anderen kann die IT im Unternehmen, hinsichtlich ihrer Energie- und Umweltbilanz, verbessert werden. Der unmittelbare Nutzen aus der Reduzierung des Energieverbrauchs ist gleichzeitig eine Reduzierung der Kosten. Damit die IT-Abteilungen sich für die Energie- und damit auch der Kosten-Ersparnis interessieren, sollten die Entscheidungsträger im Unternehmen den Kostendruck an die IT-Abteilungen weiterreichen.^[8]

2.2.2 Green-IT Initiativen

Um die Potenziale der Umweltentlastung weiter zu erschließen, hat die Bundesregierung in den letzten Jahren mehrere Initiativen gestartet. Hierzu gehören z.B. Förderprogramme des Bundeswirtschaftsministerium mit Namen „IT2Green“ und „E-Energy“ sowie das Umweltinnovationsprogramm „IT goes green“ vom Bundesumweltministerium und Umweltbundesamt.^[9] Das „IT2Green“ bspw. ist ein Technologieprogramm, welches innovative Modellversuche zur Senkung des Energiebedarfs von IKT fördert.^[10] Ein weiteres Programm ist das „Leistungselektronik zur Energieeffizienz-Steigerung“ im dem Förderprogramm „IKT2020“, welches vom Bundesforschungsministerium aufgestellt wurde.

Neben diesen Förderprogrammen hat die Bundesregierung im Jahr 2008 auf dem dritten Nationalen IT-Gipfel einen Aktionsplan, dem sog. „Green IT-Pionier Deutschland“, vorgestellt. Dieser legt die einzelnen Programme zusammen und verpflichtet die Bundesregierung zur Senkung des Energieverbrauchs in der IT-Nutzung. Hierbei sollen bis 2013 um 40 % im Vergleich zu dem Jahr vor 2009 mit dem höchsten Energieverbrauch eingespart werden.^[11] Bereits ein Jahr nach Vorstellung des Aktionsplans zeigte ein Fortschrittsbericht, dass alle in dem Jahr 2008 aufgestellten Initiativen und Maßnahmen im Jahr 2009 gestartet wurden. Zusätzlich wurden neue Studien aufgestellt und die Bundesregierung trat in einen Dialog mit Kommunen, Bundesländern und internationalen Bewegungen.^[12] Der Aktionsplan hat sich in den vergangenen Jahren als großer Erfolg erwiesen. So wurden bis zum Ende des Jahres 2013 bereits 48 % des Energieverbrauchs im Bereich IT reduziert. Ein bedeutender Beitrag zur Energieeinsparung wurde hierbei durch die energieeffiziente Umstrukturierung des Rechenzentrums des Bundesumweltministeriums geschaffen.^[13]

3 Energieeinsparpotenziale und –maßnahmen in Rechenzentren

Wie bereits erwähnt verbraucht die weltweite IT-Infrastruktur genauso viel Energie wie die Luftfahrt. Mit Zunahme der digitalen Daten und Kommunikation nimmt auch die Relevanz von IKT in der Wirtschaft und in der Gesellschaft immer weiter zu.^[14] Hier sollen daher Möglichkeiten und dessen Herausforderungen zur Energieeinsparung in Rechenzentren aufgezeigt werden.

3.1 Energieverbrauch in Deutschland und in Rechenzentren

In diesem Kapitel soll der Stromverbrauch der IKT in Deutschland dargestellt werden. Anschließend erfolgt eine Betrachtung des Strombedarfs in Rechenzentren mit möglichen Einsparpotenzialen und einer Komponentendarstellung.

3.1.1 Energieverbrauch der IKT in Deutschland

In einer Studie des IZM (Frauenhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration) und ISI (Frauenhofer-Institut für System- und Innovationsforschung), welches durch das BMWi (Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie) beauftragt wurde, wurde der Energiebedarf der IKT bis 2020 prognostiziert.^[15] Als Referenzjahr für die Prognose wurde das Jahr 2007 herangezogen. In diesem Jahr lag der Stromverbrauch für die IKT bei ca. 55 TWh, was etwa 10 % des Gesamt-Stromverbrauchs in Deutschland ausmachte (529 TWh).^[16] Den höchsten Anteil am Stromverbrauch hatten dabei die Haushalte mit etwa 60 % und einem Verbrauch von 33 TWh (siehe Abbildung 2 und 3). Im Unternehmensbereich lag der Stromverbrauch mit 6,2 TWh und einem Anteil von 11,3 % vergleichsweise niedrig. Die Bereiche Mobilfunk und Kernnetze lagen in derselben Größenordnung wie der Verbrauch in Unternehmen mit zusammen 6,4 TWh und einem Anteil von 11,7 %. Wesentlich höher und damit bedeutender war der Stromverbrauch in Rechenzentren mit einem Anteil von 16,6 % und 9,1 TWh.^[17]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Eigene Abbildung nach: (Statista, 2015)

Abbildung 2: Stromverbrauch der IKT nach Hauptanwendungen für 2007 in TWh

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Eigene Abbildung nach: (Statista, 2015)

Abbildung 3: Stromverbrauch der IKT nach Hauptanwendungen für 2007 in Prozent

Die Studie des IZM und ISI prognostiziert einen Anstieg des Stromverbrauchs für IKT von 2007 bis 2020 um 20 %. Damit läge der gesamte Stromverbrauch im Jahr 2020 bei ca. 66 TWh. Dabei verläuft das Wachstum in den einzelnen Bereichen unterschiedlich. So wird erwartet, dass der Bedarf an Strom in Haushalten und Rechenzentren weiter ansteigt. Dagegen bleibt der Strombedarf im Jahr 2020 in Unternehmen und in dem Bereich Mobilfunkt sowie Kernnetze etwa in gleicher Höhe wie im Referenzjahr 2007 (siehe Abbildung 4).^[18]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: (Statista, 2015)

Abbildung 4: Prognose des Stromverbrauchs nach Hauptanwendungen von 2007 bis 2020 in GWh

Die Institute erwarten dabei, dass der Strombedarf von Rechenzentren, trotz umgesetzter Effizienzmaßnahmen, weiter ansteigt und in 2020 bei 12,3 TWh liegen wird. Der höhere Stromverbrauch resultiert dabei aus einem Wachstum im Rechenzentrums-Bestand und einer Verschiebung des Marktes im Bereich der Server. Im Jahr 2007 lag der Serverbestand in Unternehmen bei 1,69 Mio. Da die Studie von einem durchschnittlichen Wachstum in Höhe von 3 % pro Jahr ausgeht, wird der Bestand bis zum Jahr 2020 auf 2,41 Mio. Servern ansteigen. Die Marktverschiebung resultiert aus Trends wie Virtualisierung bzw. Konsolidierung und der höheren Effizienzrate von großen Servern.^[19]

3.1.2 Trends und Energieeinsparpotenziale in Rechenzentren

Neben den Frauenhofer-Instituten erwartet das Borderstep Institut für Innovation und Nachhaltigkeit ebenfalls zukünftig eine Erhöhung des Stromverbrauchs von Servern und Rechenzentren. In einer Studie für das Umweltbundesamt im Jahr 2010 hat das Borderstep Institut zwei Szenarien bis zum Jahr 2015 aufgestellt und diese 2012 nochmals aktualisiert. Die Ergebnisse zeigen, dass der ansteigende Stromverbrauch aus der Vergangenheit mit einem Maximum von 10,1 TWh in 2008 gestoppt werden konnte. Ursprünglich wurde erwartet, dass der Stromverbrauch weiter stark steigt und eine Höhe von 14,2 TWh im Jahr 2015 erreicht (Szenario „Business as usual“). Die bisherige Entwicklung wies ab 2008 einen rückläufigen Trend auf, der bis 2015 anhalten und auf 9,3 TWh sinken soll. Das Szenario „Green IT“ zeigt die Entwicklung, die erzielt werden kann, wenn moderne und ökonomisch sinnvolle Effizienztechnologien eingesetzt werden. Durch die möglichen Stromersparnisse soll der Stromverbrauch in 2015 bei 6 TWh und damit fast 3,3 TWh unter dem Wert des Trends liegen (siehe Abbildung 5).

[...]

^[1] Vgl. (AG, 2010), S. 4

^[2] Vgl. (Zarnekow, et al., 2013), S. 3

^[3] Vgl. (Lackes, et al.)

^[4] Vgl. (OECD, 2010), S. 8 ff.

^[5] Vgl. (Zarnekow, et al., 2013), S. 3 f.

^[6] Vgl. (Zarnekow, et al., 2013), S. 16

^[7] Vgl. (Greiner, 2010), S. 9 f.

^[8] Vgl. (Greiner, 2010), S. 15 f.

^[9] Vgl. (BMWi, 2010)

^[10] Vgl. (BMWi, 2015b)

^[11] Vgl. (BMWi, 2010)

^[12] Vgl. (BMWi, et al., 2015)

^[13] Vgl. (BMUB, 2014)

^[14] Vgl. (BMWi, 2008)

^[15] Vgl. (BMWi, 2009)

^[16] Vgl. (IZM, et al., 2009), S. 13

^[17] Vgl. (Statista, 2015)

^[18] Vgl. (IZM, et al., 2009), S. 66

^[19] Vgl. (IZM, et al., 2009), S. 83 f.