Beitrag der IT zur Energieeinsparung. Teil 1: Einleitung

1.1 Ausgangslage

1.1.1 Zunehmender Energieverbrauch und Bestrebungen zur Bekämpfung des Klimawandels

Die Internationale Energieagentur (IEA) geht für die nächsten 15 Jahre von einem Anstieg des Energieverbrauchs von 1,7 % pro Jahr aus.[1] Bis zum Jahr 2030 wird also ein Verbrauchsanstieg um ein Viertel erwartet. Weil auch bis dahin weltweit ein Großteil der Energieversorgung aus fossilen Energien gedeckt werden soll und diese mit dem Ausstoß klimaschädlicher Gase einhergeht, wird in vielen Ländern wie auch Unternehmen aus Gründen des Umweltschutzes die Einsparung von Energie angestrebt. Auslöser und Garant für die Einhaltung solcher Bestrebungen sind Vereinbarungen wie die in Kyoto durch die Weltklimakonferenz getroffenen, oder auch das Burden-Sharing-Abkommen, nach welchem sich die Europäische Union fortlaufend zur Reduktion des CO2-Ausstoßes verpflichtet hat. Insbesondere Deutschland trägt mit einem Minderungsziel von 21 % eine tragende Rolle.

1.1.2 Druck aus der Bevölkerung

Mit dem zunehmenden Umweltbewusstsein der Bevölkerung als Stakeholder wuchs der Druck auf Unternehmen, umweltfreundlichere Technologie zu entwickeln. Einen großen Auslöser stellten hierbei auch die Energiekrise sowie die darauf folgende Grünbewegung der 1980er Jahre dar[2], die den niedrigeren Energieverbrauch aus ökonomischen Gründen geradezu forderte.

Die Forderungen an Industrie und Wirtschaft wurden so gut aufgenommen, dass das Bestreben von Anbietern in den USA zur Folge hatte, dass das Land, welches vor 2006 noch an der Spitze der Länder mit dem höchsten CO2-Ausstoß stand, hinter China fiel – und zwar mit einer Differenz von 8 Prozent. Im Jahr 2004 betrug der Unterschied zwischen den zwei Nationen noch 2 Prozent, wobei die USA den Negativwettbewerb anführten.[3]

Mit verantwortlich für diese Trendwende ist der zunehmende Betrieb von Rechenzentren. In Deutschland beispielsweise hat sich der Energieverbrauch durch Rechenzentren zwischen den Jahren 2000 und 2006 mit letztendlich 8,67 TWh mehr als verdoppelt. Rechenzentren machten damit in Deutschland einen Anteil von 1,5 Prozent des Gesamtstromverbrauchs aus.[4]

1.1.3 Förderung der Green-IT-Bewegung

Anders als erwartet wurde die Weltwirtschaftskrise 2007 nicht zu einer Bremse für ökologische Projekte, sondern geradezu zu einem Motor. Die Bundesregierung sah in dem Jahr 5,7 Milliarden Euro zur Förderung von Projekten vor, um Deutschland zum „Green-IT-Pionier“ zu machen. Die Allianz aus Vertretern der Bundesregierung, der Wirtschaft und der Forschung strebte bereits für den Zeitraum von sechs Jahren eine Reduzierung des Energieverbrauchs durch neu beschafften IT-Anlagen an.[5]

1.2 Problemstellung und Abgrenzung

Diese Arbeit befasst sich mit dem Beitrag der IT zur Energieeinsparung. Dabei wird der Fokus besonders auf den Energieverbrauch durch Unternehmensnetzwerke und Lösungen für diese Problematik gelegt. Erläutert werden auch Lösungen für die Reduzierung des Energieverbrauchs in sehr großen Strukturen.

Darüber hinaus wird der Verbrauch einzelner Geräte bis hin zu deren Komponenten analysiert und Lösungen geschildert die allgemeingültig sind und damit nicht nur in Unternehmensnetzwerken realisiert werden können.

1.3 Die IT als Energieverbraucherin

1.3.1 Zunahme der Leistungsaufnahme von Personal Computern den vergangenen 20 Jahren

Wiesen gewöhnliche PCs bis in die Mitte der 1990er Jahre in der Regel eine Leistungsaufnahme von 100 bis 200 Watt auf, so nahm diese Zahl in den vergangenen 20 Jahren stetig zu. Zwar bedeutet der heute mittlerweile verbreitete Einsatz von Netzteilen oberhalb der 400 Watt noch lange nicht, dass die Computer, in denen sie verbaut sind, diese auch für gewöhnlich beziehen, jedoch zeigt es, für welche Energieaufnahme diese gebaut wurden.

Unbedingt zu betrachten ist hierbei, dass sich die Leistungsfähigkeit von Computern ständig erhöht hat. Gordon E. Moore hielt dies 1965 als das fest, was später als Moore’sches Gesetz bekannt wurde: er ging von einer Verdoppelung der Leistungsfähigkeit der Computer über einen Zeitraum von 12 bis 24 Monaten aus, der der Anstieg der Anzahl von Transistoren in integrierten Schaltungen zugrunde liegt.[6]

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Abbildung 1: Anstieg der Anzahl von Komponenten in Schaltungen[7]

1.3.2 Energieverbrauch von Personal Computern

Zuhause wie auch im Unternehmensbereich werden Computer und IT als große Energieverbraucher wahrgenommen. Insbesondere PCs, Server und Bildschirme sind solche Komponenten, die als Dauerverbraucher auffallen. Ein moderner Computer im Heim- oder Unternehmensbereich mit einer Nennleistung von 80 bis 85 Watt[8],[9] und einem Bildschirm mit Nennleistung 23 Watt[10] kann bei täglichem Gebrauch (6 Stunden) und Stromkosten von 29 Cent pro Kilowattstunde[11] aufs Jahr betrachtet Stromkosten von ca. 65 Euro verursachen. Die Annahme von der Leistungsaufnahme von ca. 80 Watt entspricht einem mittelmäßig ausgelasteten System. Unter Last, etwa beim Spielen von aufwendigen 3D-Computerspielen oder beim Abspielen von BluRay-Disks, kann der Gesamtenergiebedarf des Computers Werte von bis zu 500 Watt annehmen.[12]

1.3.3 Energieverbrauch durch Unternehmensnetzwerke

Ein Unternehmensnetzwerk mit der aus modernen Komponenten bestehenden Beispielkonfiguration:

  • 3 Server im Dauerbetrieb
  • 10 Arbeitsstationen (PCs) mit Bildschirmen, die an Arbeitstagen 8 Stunden betrieben werden
  • 1 Switching Hub
  • 1 Router oder Firewall

verursacht im Jahr 2015 Stromkosten, die sich unter Annahme durchschnittlicher Leistungsaufnahme mit der Formel
Screen Shot 02-17-16 at 04.38 PM wie folgt berechnen lassen:

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Tabelle 1: Errechnete Stromkosten eines kleinen Unternehmensnetzwerks[13]

1.3.4 Bedarf nach steigender Leistung bei gleichbleibendem oder sinkendem Energieverbrauch

Wachsende Vernetzung und ein fortschreitender Übergang der Unternehmen zur elektronischen Informationsverarbeitung fordern eine ständige Leistungssteigerung der IT-Infrastruktur. Beispielsweise sind Groupware-, E-Mail- und ERP-Systeme aus Unternehmen heute nicht mehr wegzudenken. Selbst bereits vorhandene Systeme wie Telefonanlagen lassen sich vollständig in die IT-Infrastruktur integrieren. Die IT erfährt einen Zuspruch, der fortschreitendes Wachstum nicht auszulassen gestattet.

Dieses Wachstum von IT-Infrastrukturen steht mit dem ebenfalls ständig beständigen Anspruch, Energieverbraucht zu senken und die damit verbundenen Kosten zu halten oder zu reduzieren, im Wettbewerb. Die Aufgabe der Rechenzentrums-Architekten und IT-Administratoren hat sich um den Bereich des Umweltbewussten Planens und Arbeitens erweitert.

1.3.5 Miniaturisierung und Sinken des Energiebedarfs

Mit dem Einsetzen der Miniaturisierung der Computerkomponenten, dem Umstieg auf den Transistor als Schalter und Ersatz für große und schwerfällige Relais (Ende der 1950er Jahre[14]), dem Übergang zu platzsparenden integrierten Schaltungen anstelle von aus Einzelteilen bestückten Platinen und dem in der Halbleiterindustrie einsetzenden Trend zur Verkleinerung des Raumbedarfs von Komponenten wie Speichermodulen und Prozessoren nahm aufgrund dünner werdender Leiterbahnen ab, wobei die erzielbare Leistung weiterhin zunahm.[15]

1.4 Ziel dieser Arbeit

Diese Arbeit liefert konkrete Vorschläge darüber, wie in kleinen, aber auch in sehr großen Strukturen viel Energie eingespart werden kann.

1.5 Aufbau dieser Arbeit

Das Kapitel Grundlagen liefert die zum Verständnis dieser Arbeit notwendigen Kenntnisse, um den Einstieg ins Thema Energiewirtschaft im Umfeld IT zu finden.

In der Analyse werden bestehende Verfahren zum Betrieb energiewirtschaftlich ausgerichteter IT-Infrastrukturen sowie Möglichkeiten zum Ausbau untersucht und teilweise auch erprobt. Das Lösungskonzept liefert konkrete Vorschläge für die Umsetzung bedarfsabgestimmter und skalierbarer Infrastrukturen mit einem Anwendungsbeispiel.

Im Kapitel Umsetzung im Modell wird ein Teil der in der Lösung erarbeiteten Vorgehensweisen modellhaft erprobt.

Im letzten Kapitel wird die Arbeit durch das Fazit abgeschlossen. Hier werden die im Lösungskonzept erarbeiteten Vorschläge auf ihre Tragbarkeit hinsichtlich des Wunsches der Energieeinsparung untersucht und bewertet.

Weiter zu Teil 2: Grundlagen

oder zu Teil 3: Analyse


Einzelnachweise, fortlaufend nummeriert und wie in […] angegeben. Das vollständige Quellenverzeichnis kann hier heruntergeladen werden.

  1. Schmid 2004, S. 24
  2. Lampe 2010, S. 7
  3. Markus C. Schulte von Drach 2008
  4. Dr. Klaus Fichter 2008, S. 13
  5. Reisinger 2014, S. 16
  6. Gordon E. Moore 1965, S. 3
  7. Gordon E. Moore 1965, S. 3
  8. Umweltbundesamt 2013
  9. Lampe 2010, S. 159
  10. Samsung User Manual 2010, S. 6-12
  11. Dr. Jörg Heidjann 2015
  12. Florian Holzbauer 2013
  13. Aufschlüselung im Anhang unter „Aufschlüsselung der Leistungsaufnahme verschiedener IT-Komponenten“
  14. IBM Archives
  15. Lampe 2010, S. V
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