Ausgangssituation

Die energieeffiziente Versorgung technischer Anlagen, insbesondere im Bereich der Kühlungsinfrastruktur, stellt eine wachsende Herausforderung dar. In heutigen Kühlungsinfrastrukturen arbeiten zahlreiche Energiewandlungstechnologien meist dezentral und mit unkoordinierten Regelungslogiken. Dies führt dazu, dass die verschiedenen Komponenten oftmals nicht optimal aufeinander abgestimmt sind, was in der Praxis zu erheblichen Effizienzverlusten führt. Hinzu kommt, dass Infrastrukturverantwortliche bestehende Ineffizienzen, bedingt durch falsche bzw. starre Setpoints oder Dimensionierungen von Komponenten, häufig nicht bewusst sind. Die hohe Komplexität der Anlagen, stetig wechselnde Einflussfaktoren wie Außentemperatur und Kältebedarf sowie fehlende Vergleichswerte erschweren zusätzlich eine umfassende Analyse und das gezielte Benchmarking der Systeme.

Dabei liegt der Fokus dieses Projekts explizit auf der Versorgungstechnik von Rechenzentren. Mit mittlerweile über 50.000 Rechenzentren, einem jährlichen Stromverbrauch von etwa 20 TWh und einem Ausstoß von rund 7 Milionen Tonnen CO₂ verursachen Rechenzentren bereits jetzt einen entscheidenden Anteil des gesamten Stromverbrauchs und der Treibhausgasemissionen in Deutschland. Zudem erfolgt der Zubau neuer Rechenzentren in Deutschland in den letzten Jahren sehr dynamisch, wodurch der Energiebedarf weiter steigen kann. Somit spielen Rechenzentren eine entscheidende Rolle im deutschen sowie europäischen Klimaschutz. Die Steigerung der Energieeffizienz stellt dabei eine zentrale Herausforderung für Betreiber dar.

Obwohl erste digitale Zwillinge für Teilbereiche von Rechenzentren entwickelt und hinsichtlich ihres Einsparpotenzials untersucht wurden, fehlt bislang ein Ansatz, der gezielt die energetische Bewertung und Optimierung von Retrofitmaßnahmen für die gesamte Kühlungsinfrastruktur mittels digitaler Zwillinge in Rechenzentren adressiert. Genau hier setzt das Projekt an und schließt eine wichtige Forschungslücke mit hoher Praxisrelevanz.
 

Zielsetzung

Das primäre Ziel von SMART-KS besteht darin, unter Verwendung eines digitalen Zwillings, die umfassende Analyse und energetische Optimierung von Kühlsystemen in Rechenzentren zu ermöglichen. Mittels des digitalen Zwillings sollen unterschiedliche Retrofit-Maßnahmen simuliert und hinsichtlich ihrer Wirtschaftlichkeit und Emissionsminderung auf Basis der Energiekosteneinsparung bewertet werden. Basierend darauf können individuelle Handlungsempfehlungen für eine nachhaltige und effiziente Weiterentwicklung der Kühlsysteme abgeleitet werden.