Ungenutzte Flexibilitätsressource

Rechenzentren werden zu aktiven Bausteinen des Energiesystems

(PresseBox) - Europa will eigene digitale Infrastrukturen und KI-Rechenkapazitäten ausbauen – doch vielerorts werden Stromanschlüsse und Netzkapazitäten zum Engpass. Der Fraunhofer-Verbund IUK-Technologie und T-Systems International entwickeln deshalb im IPCEI-CIS-Projekt »Dynamic Energy Management for Data Center Flexibility« eine Lösung für ein dynamisches Energiemanagement, das Rechenlasten zeitlich und räumlich nach Energieverfügbarkeit, Kosten und Netzverträglichkeit steuert. So können Rechenzentren perspektivisch vom passiven Großverbraucher zur Flexibilitätsressource im Stromsystem werden. Technische und regulatorische Voraussetzungen sowie mögliche Geschäftsmodelle werden bis Ende 2026 in einem Whitepaper aufbereitet.

Digitaler Hunger trifft auf knappe Leitungen

Der Energiebedarf der IT wächst rasant – getrieben durch KI-Processing, Cloud-Dienste und die zunehmende Verbreitung von Edge-Computing. Für Europa ist der Aufbau deutlich umfangreicherer eigener Rechenkapazitäten dabei keine Option, sondern eine strategische Notwendigkeit. Nur so lässt sich die digitale Souveränität sichern und die Abhängigkeit von außereuropäischen Technologiekonzernen schrittweise verringern.

Doch auf diesem Weg gibt es Hürden: In Ballungsräumen wie Frankfurt oder Eindhoven reichen die Stromkapazitäten kaum noch aus, um neue Rechenzentren zu versorgen. Andernorts, etwa im Norden Deutschlands, wird mehr Strom erzeugt als verbraucht werden kann. Mangels Transportkapazitäten wird ein Teil davon schlicht abgeregelt, statt dorthin zu gelangen, wo er benötigt wird. Europa steht damit vor einer doppelten Herausforderung: wachsender digitaler Nachfrage auf der einen und begrenzter, ungleich verteilter Stromversorgung auf der anderen Seite.

Hier setzt die Zusammenarbeit zwischen T-Systems und Fraunhofer an. Im Projekt »DEM4DCF – Dynamic Energy Management for Data Center Flexibility« – gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie und die Europäische Union im Förderrahmen von IPCEI CIS (»Important Project of Common European Interest on Next Generation Cloud Infrastructure and Services«) – bündeln beide Partner ihre Expertise, um Rechenzentren als aktive, flexible Teilnehmer im europäischen Strommarkt zu etablieren und damit sowohl die Energieeffizienz als auch die digitale Souveränität Europas zu stärken.

Schon im Vorgängerprojekt »IPCEI CIS Sustainability-Focused Orchestration in the Edge Cloud Continuum« haben T-Systems International und der Fraunhofer-Verbund IUK-Technologie an der Optimierung von IT-Infrastrukturen zusammengearbeitet, um die Energieeffizienz in der gesamten Technologieumgebung des Edge Cloud Continuums zu optimieren. Das Edge Cloud Continuum beschreibt die flexible Verschiebung von Datenverarbeitungen zwischen dezentralen Geräten vor Ort auf der einen und zentralen Cloud-Rechenzentren auf der anderen Seite – je nachdem, was aus Effizienzgründen gerade sinnvoller ist.

Lasten verschieben, Netze entlasten

DEM4DCF verfolgt einen innovativen Ansatz: Arbeitslasten – etwa für KI-Training oder Cloud-Dienste – werden intelligent und dynamisch verschoben, sodass diese netzdienlich und preisgünstig eingesetzt werden können. Das sogenannte Load Shifting koppelt das Management von Arbeitslasten und Energieversorgung direkt miteinander – und überwindet damit eine grundlegende Schwachstelle bestehender Systeme. Bislang agieren Energieversorgung und IT-Infrastruktur noch weitgehend unabhängig voneinander, ohne Kenntnis der jeweils anderen Seite.

Das Prinzip ist aus dem Alltag bekannt: Wer eine Photovoltaikanlage auf dem Dach hat, verschiebt den Waschmaschinengang in die Mittagsstunden oder lädt das Elektroauto dann, wenn die Sonne scheint – und zapft dessen Akku bei Bedarf wieder an. DEM4DCF überträgt eine ähnliche Logik in zeitlicher und räumlicher Dimension über europäische Ländergrenzen hinweg auf die Arbeitslast und den Stromverbrauch von Rechenzentren – in einem Maßstab, der zur Stabilisierung ganzer Stromnetze beitragen kann.

Boris Otto, Vorsitzender des Fraunhofer-Verbunds IUK-Technologie fasst die Benefits dieser Lösung zusammen: »Intelligentes Lastmanagement schafft echte Win-Win-Situationen. Netzbetreiber können Lastspitzen abfedern, Anwender profitieren von niedrigeren Stromkosten und Rechenzentrumsbetreiber erschließen völlig neue Geschäftsmodelle. Vor allem aber leisten wir durch die Kombination zweier Forschungsdomänen im Fraunhofer IUK-Verbund – Cloud-Computing und Energiesysteme – einen konkreten Beitrag zur technologischen Souveränität Europas. Verteilte Rechenkapazitäten werden koordiniert über den ganzen Kontinent verteilt und unabhängig von außereuropäischen Playern betrieben.«

Christine Knackfuss-Nikolic, Vorständin und Chief Sovereignty Officer bei T-Systems International, ergänzt: »Rechenzentren sind nicht nur Energieverbraucher, sondern können aktiv zur Stabilisierung des europäischen Energiesystems beitragen. Gemeinsam mit Fraunhofer entwickeln wir Ansätze, um KI- und Cloud-Workloads intelligent mit der Verfügbarkeit von Energie zu verknüpfen. Aufbauend auf unserer erfolgreichen Zusammenarbeit im Rahmen von IPCEI CIS wollen wir diese Innovationen in die Praxis bringen. So schaffen wir die Grundlage für eine nachhaltige Skalierung digitaler und KI-basierter Anwendungen und stärken zugleich Europas digitale Souveränität.«Konzeptionell setzt der Lösungsansatz auf einen Orchestrator – eine Software, die Ressourcen zuweist, Ausfälle kompensiert und Lasten skaliert, ohne dass ein Mensch manuell eingreifen muss. Im Steuerungsdreieck aus Rechenkapazität, Energie und Kommunikation wird der Energiebedarf von Rechenzentren kontinuierlich vorausberechnet – sowohl für die IT-Last als auch für die Kühlung. Auf Basis dieser Prognosen entscheidet eine Optimierungslogik, wann und in welchem Umfang Aufgaben ausgeführt, verschoben oder als Flexibilität vermarktet werden sollen. Über eine Steuerungsschnittstelle setzt das System diese Entscheidungen direkt in konkrete Betriebsparameter um und überwacht deren Umsetzung fortlaufend.

So profitiert der Markt

Die Fraunhofer-interne Projektleitung liegt am Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE, zu dessen Entwicklungsschwerpunkten die Digitalisierung und die Resilienz von Energiesystemen zählt.

Institutsleiter Martin Braun: »Rechenzentrumsbetreiber denken ihre Anlagen bislang kaum als Energiemarktakteure – dabei steckt genau dort erhebliches wirtschaftliches Potenzial. Wer seine Lastflexibilität gezielt über Spotmärkte und – bei entsprechender Präqualifikation – über Regelenergiemärkte vermarktet, erschließt sich neue Einnahmequellen und senkt gleichzeitig seine Energiekosten. Das Beste dabei ist, dass sich diese Vorteile mit den vorhandenen Anlagen erzielen lassen, ohne dass dafür nennenswerte Neuinvestitionen nötig sind.«

Am Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM entsteht im Rahmen des Projekts das sogenannte FlexLab – ein Reallabor, in dem Industriepartner konkrete Nutzungsszenarien des dynamischen Energiemanagements erproben können.

»Was dieses Projekt von vielen anderen unterscheidet, ist die Möglichkeit, Ideen nicht nur zu modellieren, sondern sie unter realen Bedingungen zu erproben. Im FlexLab am Fraunhofer ITWM betreiben wir echte Recheninfrastruktur – von CPU- bis GPU-Systemen – und können dort live testen, wie sich Rechenlasten und Energiemanagement intelligent verzahnen lassen. Betreiber und Aggregatoren können hier konkrete Nutzungsszenarien entwickeln und validieren, bevor sie in den breiten Einsatz gehen«, so Anita Schöbel, Leiterin des Fraunhofer ITWM.

In verschiedenen Rollen sind am Projekt »Dynamic Energy Management for Data Center Flexibility« außerdem das Fraunhofer-Institut für Software- und Systemtechnik ISST, das Fraunhofer-Institut für Angewandte Informationstechnik FIT und das Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB beteiligt.

Das Whitepaper, das im Rahmen des Projekts entsteht, wird technische und regulatorische Voraussetzungen für den flexiblen Rechenzentrumsbetrieb analysieren und darüber hinaus anhand von Szenarien für 2030 und 2035 aufzeigen, welches Flexibilitätspotenzial europäische Rechenzentren im Strommarkt haben, sowie konkrete Geschäftsmodelle zur Vermarktung dieser Flexibilität ableiten. Das Projekt läuft noch bis Ende des Jahres 2026.

Journalistinnen und Journalisten, die das Whitepaper bei seiner Veröffentlichung erhalten möchten, können sich bereits jetzt per E-Mail an dem4dcf-whitepaper(at)iuk.fraunhofer.de vormerken lassen.

Als zentrale Schnittstelle zwischen Wissenschaft, Wirtschaft und Gesellschaft treibt der Fraunhofer-Verbund IUK-Technologie Innovationen voran. Seine 21 Mitgliedsinstitute stärken die Wettbewerbsfähigkeit Deutschlands sowie Europas und tragen zur technologischen Souveränität bei. Der Verbund bildet die größte IT-Forschungseinrichtung Europas und unterstützt Industrie und die öffentliche Hand dabei, digitale Lösungen für gesellschaftliche Herausforderungen zu entwickeln. In strategischen Roadmaps, die ein breites Spektrum an Zukunftstechnologien, Anwendungsdomänen und Querschnittsthemen abdecken, bündelt der Verbund die Kompetenzen seiner Institute. Mehr als 5000 Forschende arbeiten an zentralen Zukunftsfeldern wie Künstliche Intelligenz, IT-Sicherheit, Cloud-Technologien und digitale Plattformen sowie Next-Generation- und Quantum Computing. Die Institute entwickeln Software und Algorithmen, implementieren Technologien und Prozesse und führen Machbarkeitsstudien durch. Zum Angebotsportfolio gehören ebenso Prototypen, Tests und Zertifizierungen sowie die berufliche Qualifizierung in den IT-Schlüsseldisziplinen. Die Expertinnen und Experten der Institute beraten Entscheidungsträger in Wirtschaft und Politik zu strategischen Fragen der digitalen Transformation.

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Datum: 01.07.2026 - 08:40 Uhr
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