Bereits 2022 hatten Rechenzentren allein in Deutschland einen Energiebedarf von fast 18 Milliarden kWh. Im Jahr 2030 werden es zwischen 25 und 35 Milliarden kWh jährlich sein. Das ist das Ergebnis einer aktuellen Studie des Borderstep-Instituts im Auftrag des Branchenverbands Bitkom.
Bei diesen Zahlen und abseits gesetzlicher Vorgaben wie des Energieeffizienzgesetz‘ (EnEfG) und der EU-Ökodesign-Richtlinie ist es nicht verwunderlich, dass sich die großen Player der Branche intensiv mit dem Thema Effizienz beschäftigen. In Europa ist das beispielsweise NTT DATAs Geschäftsbereich Global Data Centers (GDC), ehemals e-shelter. GDC betreibt 45 Rechenzentren im EMEA-Raum. Deren größter Kostenfaktor: die Kühlung. Deswegen werden die Kälteanlagen nun noch gezielter gesteuert, und zwar mit einer Kombination aus KI und WAGO Automatisierungstechnik.
Fouad Boudraa, Business Developer, zeigt seiner Kollegin, Marketing Managerin Julia Skaszik (beide WAGO), im Serverraum eines Rechenzentrums, wie WAGO Technik die Kühlung energieeffizient optimiert. Bild: WAGO GmbH & Co. KG
Amortisierungszeit: weniger als ein Jahr
Dass die Verknüpfung aus künstlicher Intelligenz und passender Automatisierungstechnik kein Prestigeprojekt ist, sondern wirtschaftlich sinnvoll, zeigt der Proof-of-Concept – trotz andauernder Datenfindungsphase: „Wir gehen davon aus, dass wir 35 bis 40 Prozent der Energie reduzieren, die wir benötigen, um die Kälte zur Verfügung zu stellen. Die Investitionskosten werden wir damit in weniger als einem Jahr Betrieb wieder reingeholt haben“, sagt Steffen Benson. Er ist Senior BMS Manager bei GDC und für Europa sowie die Standorte im Mittleren Osten und Afrika zuständig.
Eine Lösung für alle Standorte?
Da die unterschiedlichen Standorte über viele Jahre entstanden und gewachsen sind, funktionieren solche Konzepte leider nicht überall. Daher haben wir das Projekt aufgesetzt, um eine Optimierungslösung für alle zu finden“, sagt er. Dabei sei man an den verschiedenen Standorten bestrebt, sinnvolle, individuelle Lösungen zu finden.
Künstliche Intelligenz macht genau das möglich: Sie soll die Energieverbräuche, Kühltopologien, Stromverteilung, Sensorik – kurz wesentliche Elemente der Energieinfrastruktur – überwachen, Voraussagen über zu erwartende Verbräuche treffen und im Minutentakt alle Aggregate in ihren optimalen Betriebszustand versetzen. Dazu werden die Massenströme von der Kälteerzeugung bis hin zu ihrer Verteilung überwacht und bei Bedarf angepasst, damit die Pumpen am Effizienzmaximum arbeiten. „Eine solche künstliche Intelligenz ist natürlich ein mächtiges Werkzeug und kann das alles, doch es verlangt auch, dass wir unsere Betriebstechnik in weiten Teilen umrüsten und erneuern müssen“, erklärt Benson. Die Betriebsstabilität des Serverparks darf dabei jedoch nicht angetastet werden.
Sichere Schnittstellen zur Leitebene und KI
Für die Überwachung und Steuerung der haustechnischen Gewerke bei GDC werden seit 20 Jahren WAGO Automatisierungskomponenten eingesetzt. Die Hard- und Softwareprodukte überwachen Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen und steuern das Energiemanagement in unterschiedlichsten Gebäudetypen. „Bereits seit 2005 nutzen wir WAGO Lösungen, um unsere Anlagentechnik zu steuern und zu überwachen. Zu dem wichtigsten Argument für uns damals zählte die Industrie-SPS, die die Protokolle Modbus® und SNMP unterstützt und HTTP-fähig ist. Zusätzlich sind die Controller sehr kompakt und modular aufgebaut“, erläutert Benson.
Der Unterschied von damals zu heute sei lediglich, dass die Informationen aus zahllosen Sensoren, Messfühlern und Bediengeräten nicht mehr nur ausschließlich in der Leitebene zusammengeführt werden, wo sie dem Gebäudemanagement zur Verfügung stehen; vielmehr bekommt auch die künstliche Intelligenz die Daten nun über das Modbus®-Protokoll zur Auswertung und Optimierung. Das ist notwendig, um überhaupt die aufwändigen Berechnungen durchführen zu können. „Da WAGO ein Linux®-basiertes SPS-System ist, bietet sich für uns die beste Möglichkeit, eine sichere Schnittstelle zur KI zu gewährleisten“, sagt Benson. Ein weiterer Pluspunkt in puncto Sicherheit: Die eingesetzten WAGO Produkte haben alle Penetrationstests einer unabhängigen externen IT-Security-Firma bestanden – ein entscheidender Faktor, da Rechenzentren zur kritischen Infrastruktur zählen.
Kälteoptimierung per KI: Der Kältemanager steuert alle Kälteanlagen auf dem Dach des Gebäudes von NTT DATA, automatisch. Dadurch sind Einsparungen von bis zu 35 Prozent der elektrischen Energie möglich. Bild: WAGO GmbH & Co. KG
Mammutprojekt im laufenden Betrieb
Die im Projekt verwendeten WAGO PFC200-Controller unterstützen Programmiersprachen gemäß IEC 61131-3 und arbeiten auf einer Linux®-basierten Echtzeitumgebung mit CODESYS V3.5. Hier haben die Programmierer direkt in CODESYS Module erstellt, die über das Modbus®-Protokoll kommunizieren. Dies ermöglicht die einfache Integration verschiedenster Systeme und Geräte und bietet durch die Technologie eine offene und flexible Einbindung in das Gesamtsystem.
„Momentan arbeiten wir daran, 35 von 45 Gebäuden in Europa mit der auf KI basierenden Optimierung auszurüsten. Wir reden hier von rund 2000 betroffenen Controllern, von denen 1300 zu vorherigen Generationen gehören, die wir hardwaremäßig austauschen müssen. Die restlichen 700 Geräte werden lediglich neu programmiert“, gibt Benson einen Einblick in den Umfang des Projektes. „Das ist natürlich ein Mammutprojekt! Vor allem auch dadurch, dass die Anlagen ja weiter in Betrieb sind und die Kunden keinerlei Einschränkungen erleben dürfen“, stellt er klar.
WAGO PFC200-Controller realisieren die Integration aller für das Projekt benötigten Systeme und Geräte. Kommuniziert wird über das Modbus®-Protokoll. Bild: WAGO GmbH & Co. KG
Kostenvorteil Modulare Hardware
An dieser Stelle kommt dem Team um Benson der Aufbau der WAGO Hardware zugute: „Der große Vorteil am modularen System ist, dass wir nur den kleinsten Teil auswechseln. Wir verwenden die Eingangs- und Ausgangskarten weiter und müssen keine Installationsänderung durchführen. Hinzu kommt, dass wir die SPS im Vorfeld programmieren konnten. Wir haben das vorherige Projekt übersetzt und natürlich noch einige Änderungen vorgenommen. In der Inbetriebnahmephase brauchten wir unsere MSR-Schränke dann nur noch in einen sicheren Zustand zu bringen und konnten im Livesystem quasi Plug and Play austauschen“, sagt Benson.
Verbunden mit der Entscheidung, das Projekt weiter mit WAGO umzusetzen, wird ab sofort mit den neuen Controllern und CODESYS als Programmierungsumgebung weiter gemacht. „So sind wir zukunftssicher und können einen Standort nach dem nächsten auf energiesparenden Betrieb umrüsten“, sagt Benson.
Über WAGO GmbH & Co. KG
Die WAGO Gruppe ist ein internationales, familiengeführtes Unternehmen, das sowohl marktführende Produkte für die elektrische Verbindungstechnik als auch eine branchenübergreifend anerkannte offene Automatisierungsplattform anbietet. Die Automatisierungsanwender von WAGO profitieren von der Freiheit, Automatisierungs- und IT-Aufgaben auf einer offenen Plattform realisieren und dabei auf eine nahezu unbegrenzte Vielfalt an Ein- und Ausgabebaugruppen zugreifen zu können. Endanwender profitieren zudem von vorbereiteten und kundenindividuell abgestimmten Lösungen. Zu den Vorteilen gehören eine enorme Flexibilität, Designfreiheit und eine durchgängige Kommunikation von der Sensorebene bis in die Cloud. Zudem genießen Anwender eine hohe Zuverlässigkeit – auch unter extremen Bedingungen. WAGO Produkte verbinden, messen, steuern und vernetzen über einfache Lösungen und intelligente Verbindungen. Kunden profitieren von skalierbaren Lösungen zum Einbinden von physikalischen Messgrößen und von Anwendungen und Assets in Bereichen wie Gebäudeautomation, Energiemanagement, Shopfloor-Connectivity und vielem mehr. WAGO ist offen und bereit für Ihre digitale Zukunft.
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