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Artículo de opinión

Haritz López Nuñez, Data Center Project Manager en Ormazabal

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Mittelspannungs-Stromverteilung in Rechenzentren

Der steigende Energiebedarf der Rechenzentren, insbesondere im Colocation-Sektor, hat neue Herausforderungen und Paradigmenwechsel bei der elektrischen Auslegung der Anlagen mit sich gebracht. Um Effizienz- und Kostenaspekten gerecht zu werden, ist die Implementierung von Mittelspannungs-Verteilnetzen im Inland notwendig geworden.

Diese Tatsache wirft neue Fragen auf, beispielsweise nach der optimalen Spannungsebene, um die Anforderungen an Nachhaltigkeit und Effizienz zu erfüllen.

Auswirkungen der Spannungsebene auf die interne Verteilung

Die Auslegungsleistung der internen Verteilung ist eine Funktion des Produkts aus der Netzspannung am Standort und dem vom Netz bezogenen Strom. Eine Erhöhung der Spannungsebene reduziert den Stromfluss in den Leitern. Umgekehrt führt eine Senkung der Spannungsebene zu höheren Strömen in den Leitern. Die Dimensionierung der Kabel und Geräte wird direkt durch den resultierenden Strom bestimmt, was wiederum die Installationskosten beeinflusst. Lässt sich dieser Einfluss jedoch im Voraus abschätzen?

Nehmen wir in einem vereinfachten Szenario ein Rechenzentrum mit einer installierten Leistung von 15 MW, einem Leistungsfaktor von 1 und einer einzelnen Zuleitung an. Bei einer Netzspannung von 11 kV beträgt der Strom 787 A. Wiederholen wir diese Berechnung für eine Netzspannung von 24 kV, sinkt der Strom auf etwa 360 A.

Die Erhöhung der Netzspannung reduziert den Strom durch die Zuleitung auf etwa 45 % des Wertes, den er bei gleicher Leistung und niedrigerer Spannung hätte. Unter der Annahme linearer und konstanter Lasten können wir dieses Ergebnis auf mehrere Zuleitungen und Lasten extrapolieren.

Darüber hinaus wissen wir aus Sicht der Leiterverluste, dass diese vom Material abhängen, aus dem sie bestehen, und proportional zum Quadrat des durch sie fließenden Stroms sind. Dies bedeutet, dass die Verluste mit linear steigendem Strom exponentiell zunehmen.

Durch eine ähnliche Berechnung wie die vorherige lässt sich feststellen, dass die Leiterverluste um bis zu 80 % reduziert werden können, indem die Spannung von 11 kV auf 24 kV erhöht wird.

Aus Kostensicht trägt die Erhöhung der Spannung nicht nur zur Vermeidung von Verlusten und zur Verbesserung der Effizienz (Betriebskosten) bei, sondern reduziert auch den Leiterquerschnitt, was zu Einsparungen in der Bauphase (Investitionskosten) führt.

GWP-Index von Mittelspannungsleitungen Vor Inkrafttreten der EU-Verordnung 2024/573 waren SF6-isolierte GIS-Lösungen die beste Option bei der Auswahl von Mittelspannungsschaltanlagen, typischerweise für Spannungen von 24 kV und 36 kV. SF6-isolierte Schaltanlagen gewährleisten einen sicheren Betrieb bei kompakten Abmessungen im Vergleich zu Hybrid-Schaltanlagen (Vakuumschaltung und Luftisolierung), haben jedoch den erheblichen Nachteil des hohen Treibhauspotenzials (GWP) von SF6-Gas. Obwohl diese Art von Anlagen das Gas im Tank einschließt, sind beim Umgang mit den Anlagen Vorsichtsmaßnahmen erforderlich, da ein Leck erhebliche Auswirkungen als Treibhausgas hat, deren Wirkung etwa 23.500-mal höher ist als die von CO₂-Äquivalenten. Des Weiteren ist eine sachgemäße Entsorgung dieser Anlagen am Ende ihres Lebenszyklus erforderlich.

Diese Faktoren waren bisher maßgeblich für die Auswahl von Schaltanlagen, wobei luftisolierte Schaltanlagen bevorzugt wurden, was wiederum die Wahl der Spannungsebene beeinflusste.

Die Umsetzung der oben genannten Verordnung, die den Einsatz von dielektrischen Gasen auf Basis des GWP-Werts der verschiedenen Lösungen begrenzt, hat sich nicht als Bedrohung, sondern als große Chance für die Branche erwiesen, vor allem aufgrund des damit verbundenen technologischen Wandels. Die Umsetzung der EU-Verordnung wird ab 2026 neue Grenzen für das 24-kV-Produktsortiment definieren. Schaltanlagenhersteller präsentieren jetzt SF6-freie Lösungen, die die Leistung herkömmlicher SF6-GIS-Schaltanlagen erreichen.

Diese Innovation ermöglicht es uns, die Vorteile höherer Spannungen, wie z. B. 24 kV, zu nutzen und gleichzeitig die Vorteile von GIS-Schaltanlagen ohne die Nachteile der SF6-Technologie zu kombinieren.

Wir bei Ormazabal haben Lösungen entwickelt, die mit natürlicher Industrieluft und ohne fluorierte Gase arbeiten und so hohe Leistung, Zuverlässigkeit und Sicherheit gewährleisten. Dies ermöglicht es Betreibern, unsere Lösungen ohne jegliche Unsicherheiten in Bezug auf Umwelt-, Gesundheits- oder Sicherheitsbedenken zu implementieren und gleichzeitig die europäischen Vorschriften für fluorierte Gase sowie die Klimaneutralitätsziele einzuhalten. Mit diesen Innovationen bringen wir Produkte auf den Markt, die den nachhaltigen Wandel der Stromnetze ermöglichen, die Integration erneuerbarer Energien und die Elektrifizierung der Gesellschaft erleichtern und unser Engagement für die Transformation der Netze hin zu einer SF6-freien Zukunft bekräftigen. Der steigende Strombedarf von Rechenzentren und die Notwendigkeit, Die Priorisierung von Nachhaltigkeit legt die Notwendigkeit nahe, die Spannung in Umspannwerken auf etwa 24 kV anzuheben.

Eine Erhöhung der Spannung von 11 kV auf 24 kV kann zu einer Reduzierung der Verluste um bis zu 80 % führen.

Bisher erforderten hohe Spannungen SF6-isolierte GIS-Schaltanlagen, da luftisolierte (Vakuum-)Schaltanlagen sperrig und wartungsintensiv waren und Betriebsrisiken bargen.

Durch die Erhöhung der Spannung kann außerdem der Leiterquerschnitt optimiert und somit Kosten eingespart werden.