Welche Generatorarten werden üblicherweise in Rechenzentrum-Stromversorgungssystemen eingesetzt?

Dieselgeneratoren: Der Kern zuverlässiger Notstromversorgung

Warum Diesel die Notstromsysteme in Rechenzentren dominiert

Laut einer Studie des Uptime Institute aus dem Jahr 2023 laufen weltweit etwa 73 Prozent aller Notstromsysteme in Rechenzentren mit Dieselmotoren. Diese Maschinen haben sich weitgehend als Standard etabliert, da sie auch dann weiterlaufen, wenn das öffentliche Stromnetz vollständig ausfällt. Auch die Wirkungsgrade untermauern diesen Vorteil: Dieselaggregate wandeln etwa 45 bis 50 Prozent des Brennstoffs in nutzbare elektrische Energie um, was deutlich über den rund 30 bis 35 Prozent liegt, die bei Erdgasanlagen üblich sind. Entscheidend ist jedoch vor allem die Schnelligkeit, mit der diese Generatoren anspringen. Sie können sofort mit Volllast betrieben werden – ein entscheidender Faktor, da bei der Serververfügbarkeit jedes Millisekunde zählt. Die meisten Einrichtungen lagern vor Ort genügend Kraftstoff, um den Betrieb über drei Tage hinweg sicherzustellen, wodurch sie bei länger anhaltenden Stromausfällen vollständig unabhängig sind.

Wie Branchenanalysen zeigen, erreichen gut gewartete Dieselsysteme eine Verfügbarkeit von 99,99 % durch drei zentrale Sicherheitsmaßnahmen: mehrstufige Filterung zum Schutz vor Verunreinigungen, automatisierte wöchentliche Selbsttests, die den Startvorgang innerhalb von unter 10 Sekunden überprüfen, sowie redundante Kühlsysteme, die thermische Ausfälle verhindern.

Wie Diesel-Verbrennungsmotoren hohe Zuverlässigkeit sicherstellen

Moderne Diesel-Verbrennungsmotoren verwenden Direkteinspritztechnologie, wodurch die Zündverzögerung auf lediglich 0,3 Sekunden reduziert wird – 60 % schneller als bei veralteten mechanischen Systemen. Edelstahlkolben widerstehen Verbrennungstemperaturen von bis zu 2.300 °F (1.260 °C) und ermöglichen einen Dauerbetrieb mit 110 % Überlastkapazität für 30 Minuten ohne Beschädigung, wodurch sie ideal für plötzliche Spitzenlasten sind.

Dimensionierungs- und Redundanzstrategien: N+1- und 2N-Konfigurationen

Die großen Hyperscale-Unternehmen setzen bei ihren Tier-IV-Einrichtungen voll auf 2N-Redundanzkonfigurationen, wo sie die extrem hohe Verfügbarkeitsgarantie von 99,995 % benötigen. Die meisten Enterprise-Rechenzentren verfolgen jedoch einen anderen Ansatz und setzen stattdessen auf N+1-Redundanz, was im Grunde bedeutet, eine zusätzliche Komponente einzuplanen, falls etwas schiefgeht. Nehmen wir als Beispiel eine typische 20-Megawatt-Campus-Anlage. Anstatt zehn riesige 4-MW-Generatoren zu installieren, entscheiden sich diese Einrichtungen oft für zwanzig kleinere 2,2-MW-Einheiten. Dadurch erhalten sie mehr Flexibilität während Wartungsarbeiten, da sie einzelne Generatoren warten können, ohne den gesamten Betrieb herunterfahren zu müssen. Wenn man es so betrachtet, ergibt das Sinn: Mehrere kleinere Einheiten bieten integrierte Failover-Optionen, die mit weniger, dafür größeren Einheiten nicht möglich sind.

Fortschritte in der Emissionskontrolle und ultra-schwefelarmem Diesel

Generatoren gemäß EPA-Stufe 4, die mit schwefelarmem Diesel (ULSD, <15 ppm) betrieben werden, haben die Partikelemissionen im Vergleich zu Modellen vor 2020 um 90 % gesenkt. Selektive katalytische Reduktionssysteme (SCR) neutralisieren 85–95 % der NOx-Emissionen mithilfe von AdBlue®-Dieselabgasreinigungsflüssigkeit und erreichen Werte unterhalb von 0,4 g/kWh – und erfüllen damit die strengen EU-Stufen-V-Normen.

Erdgas- und Zwei-Brennstoff-Generatoren: Flexible, sauberere Alternativen

Zunehmende Verbreitung in städtischen Rechenzentren mit eingeschränktem Zugang zu Brennstoffen

Städtische Rechenzentren greifen zunehmend auf Erdgasgeneratoren zurück, wenn die Lagerung von Diesel aufgrund von Bauplanungsbestimmungen oder Umweltvorschriften unpraktisch ist. Die Nutzung bestehender Leitungsinfrastruktur macht große Tanks vor Ort überflüssig, verringert das Verschüttungsrisiko und senkt die Wartungskosten für Flüssigbrennstoffe.

Betriebliche Vorteile von Zwei-Brennstoff-Systemen (Diesel + Erdgas)

Bi-Fuel-Generatoren wechseln automatisch zwischen Diesel und Erdgas, basierend auf der Verfügbarkeit, und bieten so Resilienz bei Versorgungsunterbrechungen oder Preisvolatilität. Zu den Hauptvorteilen gehören 30–50 % geringere Partikelemissionen im Vergleich zu reinen Dieselsystemen, Kosteneinsparungen durch das günstigere Erdgas im Normalbetrieb sowie ein nahtloser Übergang zu Diesel bei Notfällen wie Leitungsausfällen.

Anbindung an die Gasleitung für kontinuierliche Versorgung und verlängerte Laufzeit

Die über Pipelines angeschlossene Erdgasversorgung ermöglicht dank der umfangreichen Versorgungsverträge, die die meisten Unternehmen abschließen, praktisch eine unbegrenzte Laufzeit. Aber hier gibt es einen Haken, meine Damen und Herren. Wir haben alle gesehen, was passiert, wenn wir zu stark von zentralen Systemen abhängig sind. Nehmen wir als Beispiel den Wintereissturm Uri im Jahr 2021. Als der Druck abzufallen begann, stellten die Stromerzeuger in ganz Texas quasi abrupt ihren Betrieb ein. Clevere Betreiber haben daraus jedoch gelernt. Viele Industriestandorte verfügen heute über lokale Erdgasspeicherbehälter. Diese Tanks können den Betrieb bei einem Ausfall der Hauptversorgung tatsächlich über drei Tage hinweg aufrechterhalten. Das ist durchaus sinnvoll, angesichts der Anfälligkeit gegenüber solchen Störungen.

Wasserstoff-Brennstoffzellen und Mikroturbinen: Die Zukunft sauberer Notstromversorgung

Pilotprogramme in hyperskaligen Standorten mit Wasserstofftechnologie

Große Datenzentren beginnen damit, Wasserstoff-Brennstoffzellen als Alternative zu herkömmlichen Dieselgeneratoren auszuprobieren. Letztes Jahr gelang es bei einem Testlauf an einer Universität im US-Bundesstaat Washington, über zwei volle Tage hinweg konstant 300 Kilowatt Leistung bereitzustellen, als das öffentliche Stromnetz ausgefallen war. Dafür wurden sogenannte PEM-Brennstoffzellen eingesetzt, und das einzige Abgas war Wasserdampf. Das Ziel dieser Tests ist eigentlich ganz einfach – Unternehmen möchten nachweisen, dass man sich bei kritischen Abläufen auf Wasserstoff als Energiequelle verlassen kann, wo Stromausfälle nicht akzeptabel sind. Gleichzeitig müssen sie alle Probleme im Zusammenhang mit der sicheren Lagerung von Wasserstoff direkt vor Ort noch lösen.

Wie Mikroturbinen und Brennstoffzellen kohlenstoffarme Betriebsabläufe ermöglichen

Wasserstoffbrennstoffzellen erzeugen Strom durch elektrochemische Reaktionen, wodurch Verbrennung vermieden und Stickoxid-(NOx)-Emissionen vollständig eliminiert werden. In Kombination mit regenerativ betriebenen Elektrolyseuren können sie die Emissionen der Scope-2-Kategorie um 45–50 % im Vergleich zu Dieselsystemen reduzieren. Mikroturbinen erhöhen die Flexibilität, da sie mit Biogas oder Erdgas-Wasserstoff-Gemischen betrieben werden können und so eine schrittweise Dekarbonisierung unterstützen.

Herausforderungen bei Kosten, Skalierbarkeit und Infrastruktur für grünen Wasserstoff

Derzeit kosten die Installation von Wasserstoff-Brennstoffzellen etwa zweieinhalb- bis dreimal so viel wie vergleichbare Dieselsysteme mit ähnlicher Kapazität. Es steht noch nicht genügend grüner Wasserstoff zur Verfügung, und der Transport von den Produktionsstätten zu den Einsatzorten bleibt ein großes Hindernis für die Hochskalierung der Betriebe. Da Wasserstoff im Vergleich zu Diesel eine sehr geringe Energiedichte aufweist, ist zum Erreichen einer vergleichbaren Laufzeit etwa siebenmal so viel Platz für die Speicherung erforderlich. Die jüngsten Änderungen im US-Steuerrecht bieten zwar finanzielle Anreize, doch die meisten Experten sind sich einig, dass eine flächendeckende Einführung erst dann möglich sein wird, wenn die infrastrukturellen Herausforderungen gelöst und die Integration dieser Systeme in bestehende Ausrüstungen geklärt sind.

Generatorleistungsangaben und Betriebsarten: Passende Typenwahl für den jeweiligen Anwendungsfall

Verständnis von Notstrom-, Primär- und Dauerleistung (ISO 8528)

Generatoren werden gemäß ISO 8528 klassifiziert, der internationalen Norm, die Betriebsgrenzen basierend auf Last und Dauer definiert:

Die richtige Anwendung gewährleistet Langlebigkeit und Leistung; falsche Anwendung führt zu vorzeitigem Verschleiß und Ineffizienz.

Auswirkungen einer falschen Leistungsbeurteilung auf Leistung und Lebensdauer

Die Nutzung von Notstromgeneratoren über 200 jährliche Betriebsstunden hinaus erhöht die Abgastemperatur und Turbolader-Temperaturen, wodurch sich die Lebensdauer um bis zu 40 % verkürzen kann. Der Betrieb von Primärstrom-Generatoren mit Lasten unter 60 % führt zu Nassanschlag und Rußablagerungen, wodurch die Kraftstoffeffizienz um 17 % sinkt (Analyse von EnergyTrend). Diese Probleme entstehen häufig durch unzureichende Lastprofilanalyse oder Fehlinterpretation der Herstellerangaben.

Abstimmung des Generator-Typs auf Lastprofil und Einsatzzyklus

Einrichtungen, die eine nahezu perfekte Verfügbarkeit von 99,999 % anstreben, setzen in der Regel auf eine Kombinationslösung: N+1-Redundanz in Verbindung mit primärgeregelten Generatoren, die die Grundlast übernehmen, sowie Bereitschaftsaggregate, die bei Bedarf einsatzbereit sind. An Orten, an denen die Nachfrage ständig schwankt – beispielsweise Cloud-Rechenzentren – rückt der Fokus auf primärgeregelte Modelle, die Lasten schnell annehmen können, etwa 10 % pro Sekunde. Die korrekte Einhaltung der ISO-8528-Bewertungen entsprechend der tatsächlichen täglichen Gerätebelastung macht den entscheidenden Unterschied aus. Es geht nicht nur darum, einen reibungslosen Betrieb sicherzustellen, sondern auch die Gesamteffizienz zu verbessern und langfristig alle Kosten zu senken.

Kraftstoffauswahl und Umweltvorschriften in der Generatorstrategie für Rechenzentren

Emissionsvorschriften, die die Auswahl zwischen Diesel, Gas und alternativen Kraftstoffen beeinflussen

Die Landschaft der Kraftstoffwahl verändert sich schnell aufgrund strengerer Emissionsvorschriften. Die EPA-Regelung Tier 4 verlangt massive Verringerungen der Stickoxidemissionen aus älteren Dieselgeneratoren, was Hersteller hauptsächlich durch selektive katalytische Reduktionssysteme angegangen haben. Infolgedessen wechseln immer mehr Betreiber zu schwefelarmem Diesel und Alternativen auf Basis von hydriertem Pflanzenöl. Diese neueren Kraftstoffe reduzieren die Kohlenstoffemissionen um 65 bis fast 90 Prozent im Vergleich zu herkömmlichem Diesel. Städte im ganzen Land setzen noch stärker auf sauberere Luft, weshalb viele Unternehmen auf Erdgaslösungen umsteigen. Globale Verkaufszahlen untermauern diesen Trend ebenfalls gut – der weltweite Erdgasbedarf stieg 2025 um rund 23 %, da Unternehmen darum kämpfen, die immer strenger werdenden Umwelt-, Sozial- und Governance-Standards (ESG) zu erfüllen, die Investoren mittlerweile fordern.

Vergleich von NOx, SOx und Partikeln über verschiedene Kraftstoffarten

Moderne Dieselsysteme mit Abgasnachbehandlung erreichen heute bei der NOx-Reduktion das gleiche Niveau wie Erdgas, während der nahezu schwefelfreie HVO-Inhalt sogar die umwelttechnischen Anforderungen für den maritimen Bereich erfüllt.

Abwägung von Zuverlässigkeitsanforderungen mit ESG- und Nachhaltigkeitszielen

Dieselgeneratoren waren schon immer zuverlässig für die 90 Tage, in denen sie vor Ort auf ihren Einsatz warten, aber bei Erdgas sieht die Sache ganz anders aus, da es stark von Pipelines abhängt, die genau dann versagen können, wenn man es am wenigsten erwartet. Auch die Zahlen erzählen eine interessante Geschichte – etwa acht von zehn großen Betreibern verlangen heutzutage bei neuen Generatorverträgen eine Alternative zum konventionellen Kraftstoff, wenn sie ihre ehrgeizigen Netto-Null-Ziele erreichen wollen. Besonders beliebt werden jedoch hybride Systeme, die Batterien integrieren. Bei einem Stromausfall schalten diese Anlagen Lasten fast 30 % schneller um als herkömmliche Systeme. Und auch die Einsparungen beim Dieselverbrauch sind nicht zu vernachlässigen: Unternehmen berichten von einer jährlichen Verbrauchsreduktion von rund 40 %, was umweltfreundlichere Abläufe bedeutet, ohne dabei die Reaktionsgeschwindigkeit bei Problemen einzuschränken.

Analyse der Lebenszykluskosten: Kraftstofflagerung, Wartung und CO₂-Bepreisung

Der Wechsel zu Erdgas kann laut der Ponemon-Studie aus dem Jahr 2023 jährlich etwa 740.000 Dollar an Kosten sparen, die Unternehmen für die vor-Ort-Lagerung von Kraftstoff aufwenden. Allerdings gibt es eine weitere Ausgabe zu berücksichtigen: Der Anschluss an die Pipeline kann etwa 180.000 Dollar pro benötigtem Kilometer kosten. In Regionen, in denen Kohlenstoffemissionen reguliert sind, drohen bei Diesel Strafen zwischen 45 und 90 Dollar pro Tonne, da dieser stärker zur CO₂-Belastung beiträgt. Dadurch wird HVO tatsächlich recht wettbewerbsfähig, obwohl die Anschaffungskosten um 15 bis 20 Prozent höher liegen. Betrachtet man die Gesamtkosten über einen Zeitraum von zehn Jahren, sind Dieselgeneratoren mit SCR-Technologie insgesamt etwa 12 Prozent günstiger als ihre Gegenstücke mit Erdgas. Warum? Ganz einfach: Diesel weist eine höhere Energiedichte auf und verfügt über etablierte Wartungssysteme, mit denen die meisten Betreiber bereits vertraut sind.

Häufig gestellte Fragen zu Notstromaggregaten

Warum werden Dieselgeneratoren häufig für die Notstromversorgung von Rechenzentren verwendet?

Dieselgeneratoren werden häufig verwendet, da sie schnell volle Lasten übernehmen können und über einen hohen Wirkungsgrad bei der Umwandlung von Kraftstoff in Elektrizität verfügen, wodurch sie im Falle eines Stromausfalls eine zuverlässige Notstromversorgung bieten.

Welche umweltbezogenen Auswirkungen haben Dieselgeneratoren?

Dieselgeneratoren können Stickoxide (NOx) und Feinstaub emittieren, aber moderne Systeme mit Emissionskontrolltechnologien wie SCR reduzieren diese Emissionen erheblich.

Wie unterscheiden sich Erdgas- und Dual-Fuel-Generatoren im Vergleich zu Dieselgeneratoren?

Erdgas- und Dual-Fuel-Generatoren erzeugen im Allgemeinen weniger Emissionen als Dieselgeneratoren. Sie sind in städtischen Gebieten oft praktikabler, da die Kraftstoffversorgung einfacher ist und geringere Risiken durch Verschüttungen bestehen.

Welche Fortschritte wurden bei der Emissionskontrolle von Dieselgeneratoren erzielt?

Zu den Fortschritten gehören die Verwendung von schwefelarmem Diesel und selektiven katalytischen Reduktionssystemen, die die NOx-Emissionen um 85–95 % senken können.

Welche Vorteile bietet der Einsatz von Wasserstoff-Brennstoffzellen in Rechenzentren?

Wasserstoffbrennstoffzellen können saubere Energie bereitstellen, wobei Wasserdampf das einzige Nebenprodukt ist, wodurch Kohlenstoff- und Schadstoffemissionen reduziert werden.

Wie wichtig ist die richtige Generatorleistungsanpassung für die Leistung?

Die Auswahl der korrekten Generatornennleistung ist entscheidend. Eine falsche Anwendung kann zu Problemen wie Nassanschlag und Rußablagerungen führen, was die Effizienz und Lebensdauer beeinträchtigt.