An einem Demo-Standort in Nordschweden ist ein von fossilen Brennstoffen freies Fernwärme- und Fernkältenetz in Betrieb, das in Verbindung mit einem brennstoffzellenbetriebenen Rechenzentrum funktioniert, in dem Abwärme zurückgewonnen wird.
Die Research Institutes of Sweden, kurz RISE, haben in der nordschwedischen Küstenstadt Luleå ein kleines brennstoffzellenbetriebenes Rechenzentrum speziell für die Wärmerückgewinnung ausgestattet. Die Brennstoffzellen erzeugen Strom für das Edge-Rechenzentrum und ihre überschüssige Wärme wird in das lokale Fernwärme- und Fernkältenetz eingespeist.
RISE ist ein Partner des EU-finanzierten Projekts WEDISTRICT, das vorführen soll, dass mithilfe einer Kombination aus erneuerbaren Energiequellen und Lösungen zur Wärmerückgewinnung Fernwärme- und Fernkältenetze aufgebaut werden können. In der EU werden 50 % der Energie durch das Heizen und Kühlen von Gebäuden verbraucht, wobei gegenwärtig etwa 70 % dieser Energie aus fossilen Brennstoffen erzeugt wird.Am Standort Luleå wurden das Rechenzentrum und die Brennstoffzellen in zwei übereinandergestapelten Containern untergebracht. Im oberen Container befinden sich die mit lokal erzeugtem Biogas betriebenen Brennstoffzellen. Der untere Container beinhaltet eine flüssigkeitsgekühlte Einheit und das Datenzentrum, das durch eine unterbrechungsfreie Stromversorgung unterstützt wird.
Das System funktioniert mit Festoxid-Brennstoffzellen, die aus Biogas Strom erzeugen. Sie arbeiten bei hohen Temperaturen von etwa 600 ℃ und bieten sich damit als besonders effiziente Variante der Kraft-Wärme-Kopplungssysteme an, da die Abwärme gut zum Heizen und Kühlen genutzt werden kann.
Der Nachteil der hohen Betriebstemperatur besteht jedoch darin, dass es lange dauert, bis das Festoxid-Brennstoffzellensystem anläuft und seine Betriebstemperatur erreicht. „Wir verwenden die einzigen in Europa kommerziell verfügbaren Festoxid-Brennstoffzellen ... und diese weisen einen elektrischen Wirkungsgrad von etwa 60 Prozent auf, aber da sie bei 650 °C arbeiten, können sie nicht aus- und wieder eingeschaltet werden und ihr Anstieg in der Stromerzeugung ist mangelhaft, aber sie liefern einen guten Wärmegrad“, erklärt Prof. Jon Summers von RISE in einer Pressemitteilung, die auf der Website „Data Centre Dynamics“ veröffentlicht wurde. „So befindet sich also das Rechenzentrum in dem einen Container und der Brennstoffzellencontainer steht einfach obendrauf.“
Wie in der Pressemitteilung berichtet wird, gibt es nun einen kleineren Wärmerückgewinnungskreislauf innerhalb der beiden Container. Die vom Submer-Flüssigkeitstauchkühltank innerhalb des Rechenzentrumcontainers erzeugte Wärme dient dem Vorwärmen der in die Brennstoffzellen eintretenden Luft. „Die Wasserrücklauftemperatur von der Kühlungsverteilereinheit in der Submer-Anlage wird etwa 50 °C betragen“, erklärt Prof. Summers. „Die Brennstoffzellen verbrauchen nun Luft, um zu funktionieren, aber diese Luft weist eine optimale Temperatur von 35 °C auf, sodass die Außenluft (-25 °C bis 25 °C) durch die Wärme aus dem Submer-System erwärmt wird.“
Die Brennstoffzellen werden das Fernwärmenetz vor Ort mit qualitativ besserem Heißwasser mit einer Temperatur von 95 ℃ versorgen. „Auf der Grundlage der Wetterdaten von 2020 und 2021 gehen wir davon aus, die Versorgungsseite der Fernwärme derart anpassen zu können, dass sie rund 8 000 Stunden jährlich arbeiten wird“, ergänzt Prof. Summers.
Das Projekt WEDISTRICT (Smart and local reneWable Energy DISTRICT heating and cooling solutions for sustainable living) betreibt neben Luleå drei weitere Demonstrationsstandorte. Die Anlagen in Alcalá de Henares (Spanien), Bierutów (Polen) und Bukarest (Rumänien) veranschaulichen verschiedene Fernwärme- und Fernkältenetzlösungen, die zu 100 % ohne fossile Brennstoffe auskommen.
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