Im niederländischen Groningen startet Mitte Juni ein Projekt mit Signalwirkung – zumindest für die europäischen Betreiber von Rechenzentren. NorthC installiert in seinem neuen Datacenter ein Brennstoffzellenmodul mit 500 Kilowatt Leistung, das die konventionellen Diesel-Notstromaggregate ersetzt. Nach Unternehmensangaben ist es das erste Rechenzentrum in Europa, das auf grünen Wasserstoff umsteigt.
„Die Umstellung von Notstromaggregaten, die mit Diesel betrieben werden, auf nachhaltige Alternativen ist ein bedeutender nächster Schritt“, freut sich Jarno Bloem, Chief Operating Officer bei NorthC. Grüner Wasserstoff bietet dafür die besten Möglichkeiten. Die Anlage soll jährlich Zehntausende Liter Diesel einsparen und den CO2-Ausstoß um mehr als 78 Tonnen pro Jahr senken. Bei wachsendem Bedarf könnten weitere H₂-Module ergänzt werden. Diese seien zwar in der Anschaffung teurer als Dieselaggregate, jedoch rechne das Unternehmen mit sinkenden Kosten durch die technologische Weiterentwicklung.
Warum USV und Notstrom unverzichtbar sind
Das Kürzel USV steht für eine unterbrechungsfreie Stromversorgung. Und die ist kein Luxus, sondern eine Lebensversicherung in vielen Branchen. Sie schützt empfindliche elektrische Systeme – Server, Netzwerktechnik, medizinische Geräte im Krankenhaus oder Steuerungsanlagen – vor den Folgen von Stromausfällen und Netzstörungen. Bei einem Netzausfall liefert die USV sofort Strom, stabilisiert Spannungsschwankungen und gibt Betreibern Zeit, Systeme kontrolliert herunterzufahren oder auf eine längerfristige Notstromversorgung umzuschalten.
Meist übernehmen Batterien diese Sofortversorgung für Sekunden bis wenige Minuten, während Dieselgeneratoren als sogenannte Netzersatzanlagen den längerfristigen Betrieb – also die Notstromversorgung – sichern. Doch genau diese Dieselaggregate stehen zunehmend unter Druck: Denn sie verursachen Emissionen, Lärm und erheblichen Wartungsaufwand – und müssen monatlich getestet werden, auch wenn sie selten im Ernstfall laufen. Bei jedem Testlauf wird Diesel verbrannt. Strengere Umweltauflagen, etwa das deutsche Energieeffizienzgesetz, und die Klimaschutzziele großer Unternehmen machen die Suche nach Alternativen drängender. Die Brennstoffzelle rückt daher stärker in den Fokus – auch wenn es noch ein Nischenmarkt ist.
Kombi mit Batterien meist optimal
Brennstoffzellen werden die Lithium-Ionen-Batterie in der USV also nicht ablösen. Tatsächlich stehen beide Technologien weniger in Konkurrenz zueinander, als dass sie sich ergänzen. Batterien reagieren in Millisekunden und sind damit für die Sofortüberbrückung bei einem Netzausfall nach wie vor ungeschlagen.
Brennstoffzellen benötigen dagegen einige Sekunden Anlaufzeit. Ihre Stärke liegt in der Langzeitversorgung: Solange Wasserstoff verfügbar ist, liefern sie kontinuierlich Strom – über Stunden oder sogar Tage. Batterien seien nach einigen Stunden meist entladen und dann eben leer, sagt Alexander Kabza, Leiter des Fachgebiets Brennstoffzellensysteme am Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW). Die entscheidende Frage sei, wie lange eine USV netzautark arbeiten müsse. Bei Minuten oder wenigen Stunden ließen sich Batterien meist ausreichend dimensionieren. „Wenn dagegen bei einer Dunkelflaute ein längerer netzautarker Betrieb gewährleistet werden muss oder gar keine ausreichende Netzinfrastruktur vorhanden ist – bei großen Rechenzentren bereits heute der Fall –, dann können Brennstoffzellen über vor Ort gelagerten oder via Pipeline angelieferten Wasserstoff auch dauerhaft große Mengen elektrischer Energie bereitstellen.“
Ulrich Misz, Abteilungsleiter Brennstoffzellensysteme am Zentrum für Brennstoffzellentechnik (ZBT) in Duisburg, bestätigt diese Einschätzung: „Der zentrale Vorteil von Brennstoffzellen liegt in der Verlängerung der Autonomiezeit. Während Batteriesysteme bei langen Überbrückungszeiten schnell groß und teuer werden, kann bei Brennstoffzellen die Energiemenge relativ einfach über größere Wasserstoffspeicher erhöht werden“, so Misz. Hinzu komme die hohe Energiedichte von Wasserstoff, wodurch große Energiemengen kompakt gepuffert werden können.
© ZSW, Martin Duckek
Vorteile bei Laufzeit, Lagerung und Wartung
Der eigentliche Konkurrenzkampf wird künftig zwischen Brennstoffzellen und Dieselaggregaten ausgetragen. Gegenüber dem Diesel punktet die Brennstoffzelle mit mehreren Vorteilen: Sie arbeitet nicht nur emissionsfrei und nahezu geräuschlos, sondern ist auch deutlich wartungsärmer – Ölwechsel, „Dieselpest“ (Mikrobenbefall im Kraftstoff) und regelmäßige Testläufe unter Last entfallen. Wasserstoff kann zudem ohne Selbstentladung über Jahre gelagert werden, während Batterien ein aktives Lademanagement benötigen.
Für eine 48-stündige Notstromversorgung wäre ein reines Batteriesystem in vielen Fällen schlicht zu groß und zu teuer; ein Wasserstofftank ist da deutlich kompakter. „Die Brennstoffzellenlösungen können sehr einfach erweitert werden, um höhere Stützzeiten zu erzielen“, weiß Stephan Laistner, Director Sales Europe bei SFC Energy aus München. „Batteriesysteme müssen nach zehn bis fünfzehn Jahren komplett ausgetauscht werden.“ Auch Laistner verzeichnet eine steigende Nachfrage nach USV-Lösungen in Kombination mit einer Brennstoffzelle.
72 Stunden überbrücken
Dass die Technologie über das Pilotstadium hinaus funktioniert, zeigen mehrere laufende Projekte. Der Netzbetreiber Schleswig-Holstein Netz hat in einem Umspannwerk die bisherige Batterielösung durch eine Wasserstoff-Brennstoffzelle von SFC Energy ersetzt. Die alte Anlage erfüllte neue gesetzliche Anforderungen an die Überbrückungszeit nicht mehr. Das neue System vom Typ Efoy H2-Cabinet liefert mit zwei Brennstoffzellenmodulen eine Leistung von vier Kilowatt über 72 Stunden.
Die Wasserstoffversorgung erfolgt über drei Flaschenbündel mit je zwölf Zylindern bei 300 bar; eine automatische Umschaltung regelt den Betrieb. „Die Energielösung bietet die Möglichkeit, mit einem innovativen Lösungsansatz die Notstromversorgung sicherzustellen und gleichzeitig einen Beitrag zum Klimaschutz zu leisten“, sagt Tobias Lützen von Schleswig-Holstein Netz. Das gesamte System ist als Outdoor-Schaltschrank auf rund 16 Quadratmetern platzoptimiert untergebracht und lässt sich in bestehende Anlagenstrukturen integrieren.
Auch die Deutsche Telekom erprobt die Technologie im Feld. Beim Nibirii-Festival in Düren versorgte eine Wasserstoff-Brennstoffzelle, ebenfalls von SFC Energy, erstmals einen mobilen Sendemast über 14 Tage ununterbrochen mit Strom – und ersetzte damit den Dieselgenerator, der sonst 35 bis 40 Liter pro Tag verbraucht hätte. Der mobile Mast, den zwei Telekom-Mitarbeiter selbst entwickelt hatten, unterstützt 5G und LTE und lässt sich innerhalb von 20 Minuten von einer einzigen Person aufbauen. Der Test belegt, dass sich eine solche Lösung nicht nur für kurzfristige Events, sondern auch für längeren Netzersatzbetrieb – etwa in Katastrophengebieten – eignet.
Rechenzentren als Mikro-Kraftwerke
Der größte Treiber für wasserstoffbasierte Notstromversorgung ist die stark steigende Nachfrage nach Rechenleistung – auch durch Künstliche Intelligenz. Rechenzentren entwickeln sich zunehmend vom passiven Stromabnehmer zum eigenständigen Mikro-Kraftwerk. Sogenannte Microgrids kombinieren Batteriespeicher, Eigenstromerzeugung und netzbildende Wechselrichter zu einem autarken Campus-Netz, das sich im Ernstfall vom öffentlichen Netz entkoppeln und eigenständig eine stabile 50-Hertz-Versorgung aufrechterhalten kann.
Microsoft betreibt in Wyoming bereits ein Drei-Megawatt-Brennstoffzellensystem auf PEM-Basis, untergebracht in zwei 40-Fuß-Containern. Vertiv bietet in Kooperation mit Ballard Power ein modulares System an, das herkömmliche Dieselgeneratoren ersetzen soll. Rolls-Royce liefert unter der Marke MTU Gasmotoren mit H₂-ready-Zertifikat, die zunächst mit Erdgas laufen und später auf bis zu 100 Prozent Wasserstoff umgestellt werden können.
Markt wächst jedes Jahr
Der europäische Brennstoffzellenmarkt wird laut Analysten bis 2034 um jährlich rund elf Prozent wachsen. Auch das ZSW sieht klare Marktperspektiven: „Allein die Tatsache, dass Firmen Produkte für diese Anwendungen entwickeln, zeigt, dass sich ein Markt formiert“, betont Alexander Kabza. Gleichwohl bleiben weitere Hürden: Die Anschaffungskosten für Brennstoffzellensysteme liegen noch deutlich über denen konventioneller Aggregate, die Wasserstoff-Infrastruktur ist noch lückenhaft, und Lithium-Ionen-Batterien werden stetig günstiger und leistungsfähiger. Doch die Brennstoffzelle punktet besonders dort, wo Dieselgeneratoren bisher dominieren, mit emissionsfreier Energie und hoher Flexibilität. Die politischen Rahmenbedingungen und Klimaziele spielen der Brennstoffzelle in die Karten. Nicht nur in Groningen bei NorthC hat man dieses Signal frühzeitig erkannt.
© SFC Energy AG
