Energieversorgung für Rechenzentren – Ausblick 2025

Rechenzentren sind global eine der am schnellsten wachsenden Assetklassen und ziehen nicht erst seit dem Boom der Künstlichen Intelligenz (KI) das Interesse von Immobilieninvestoren auf sich. Als größte Herausforderung für das weitere Wachstum dieser Assetklasse gilt für Investoren und Betreiber von Rechenzentren dabei der hohe Energiebedarf. Im Jahr 2025 werden Rechenzentren schätzungsweise etwa 2 % des weltweiten Stromverbrauchs ausmachen. Nach den Prognosen für 2025 wird der weltweite Energieverbrauch von Rechenzentren je nach Szenario zwischen 600 TWh und 1050 TWh liegen. Diese große Diskrepanz ist vor allem auf den technologischen Fortschritt in diesem Bereich und die Weiterentwicklung von Energiemanagementpraktiken für Rechenzentren zurückzuführen. Ein Wert von 800 TWh in der Mitte der Spanne scheint wahrscheinlich. In den nächsten 5-10 Jahren soll sich dieser noch einmal fast verdoppeln. Dabei ist in einigen Märkten der Anteil von Rechenzentren am gesamten nationalen Stromverbrauch bereits jetzt wesentlich höher: 7 % in Singapur, 21 % in Irland und 26 % im US-Bundesstaat Virginia. Allerdings sind die Prognosen für den Energieverbrauch der Datenanlagen bis 2030 durch eine Reihe von Unsicherheiten geprägt, wobei vor allem die Geschwindigkeit der Weiterentwicklung und der „Energiehunger“ von KI die entscheidenden Faktoren sein werden. Prognosen gehen davon aus, dass der weltweite Energiebedarf von Rechenzentren bis 2029 auf 100 GW ansteigen wird, insbesondere getrieben durch den wachsenden Bedarf an KI-Dienstleistungen (Grafik 1).

Die rasante Weiterentwicklung für KI-Anwendungen spezialisierter GPU-Technologien (GPU oder „Graphical Processing Unit“ ist eine Form von Computerchips, die optimiert sind auf die besonders schnelle Bearbeitung bestimmter Rechenoperationen - zum Beispiel eingesetzt in der Spracherkennung von Tools wie Siri, bei der Bilderkennung oder weiteren Deep Learning Applikationen) ermöglicht wesentlich schnelleres Training großer Sprachmodelle und Datensätze, allerdings immer auch verbunden mit einem höheren Strombedarf der GPU-Chips. So verbrauchen die neuesten KI-Chips von NVIDIA bis zu 300 % mehr Strom als ihre Vorgänger, weshalb die Umstellung auf Flüssigkeitskühlung für die Weiterentwicklung der GPUs somit unerlässlich sein wird. Die Installation einer solchen Infrastruktur wird mittelfristig zum Standard bei Neubauten von Rechenenzentren werden und kann auch eine praktikable Lösung für bereits bestehende Einrichtungen sein.

Was die Energiequellen betrifft, so sieht man die Kernkraft in einigen Teilen der Welt als eine von mehreren möglichen kohlenstoffarmen Lösungen, um den wachsenden Energiebedarf von Rechenzentren, insbesondere für KI- und Hochleistungscomputeranwendungen, zu decken. Technologieunternehmen sind die größten Nutzer von Rechenzentrumsflächen und haben gleichzeitig sehr ambitionierte CO₂-Netto-Null-Ziele. Die Kernenergie kann nach Ansicht der Vorreiter unter diesen Unternehmen eine Lösung für beide Herausforderungen darstellen. Im Jahr 2025 ist zum Beispiel mit einer Beschleunigung der SMR-Vereinbarungen (SMR oder "Small Modular Reactor", engl. für kleiner modularer Reaktor) zu rechnen, wobei sich die Gesamtmenge der zugesagten Gigawatt wahrscheinlich verdoppeln wird. Das Interesse für kleine modulare Reaktoren nimmt zu, auch wenn eine breite Einführung nicht vor 2030 zu erwarten ist. Ebenso dürfte dieser Lösungsansatz in Deutschland in absehbarer Zeit keine nennenswerte Rolle spielen.

Die geschätzten Umsätze auf dem Markt für Rechenzentren in Deutschland belaufen sich auf mehr als 15 Milliarden Euro im Jahr 2025 (Ausgaben der Unternehmen und des öffentlichen Sektors) und könnten sich bis 2030 verdoppeln (Grafik 2).

Dazu hat die Europäische Union ein umfangreiches Programm aufgelegt, um die Entwicklung von künstlicher Intelligenz durch die Finanzierung des Baus und der Modernisierung von Rechenzentren zu unterstützen.

Das rasante Wachstum der Rechenzentren wird auch in Deutschland eine erhöhte Stromnachfrage nach sich ziehen. Seit 2010 hat sich der Stromverbrauch von IT-Komponenten in Rechenzentren mehr als verdoppelt. Im Geschäftsjahr 2023 belief sich der Energiebedarf von Rechenzentren auf nahezu 18 Milliarden Kilowattstunden – das entspricht einem beträchtlichen Anteil von annähernd 3,7 Prozent am gesamten Stromverbrauch Deutschlands. Nach Prognosen des Borderstep-Instituts könnte dieser Anteil bis 2030 auf ca. 6-7 Prozent ansteigen.

Die Strategie der Bundesregierung für die Energieversorgung zukünftiger Rechenzentren konzentriert sich auf umweltfreundliche Lösungen: die Steigerung der Energieeffizienz und die Entwicklung erneuerbarer Energiequellen (EE-Quellen). Mit dem am 18. November 2023 in Kraft getretenen EnEfG (Energie-Effizienzgesetz) verfolgt die Regierung das Ziel, den Energieverbrauch in Deutschland zu senken und einen Beitrag zum Klimaschutz und zur Energiewende zu leisten. So schreibt das EnEfG unter anderem vor, dass Rechenzentren ihren Stromverbrauch ab 2024 zu 50 Prozent und ab 2027 zu 100 Prozent mit Strom aus erneuerbaren Energien decken müssen – zumindest bilanziell.

Je nach Datum der Inbetriebnahme gelten für Rechenzentren zudem verschärfte Anforderungen an die Energieverbrauchseffektivität und die Nutzung der Abwärme. Rechenzentren müssen einen bestimmten Prozentsatz an wiederverwendeter Energie aufweisen. Dieser Anteil beträgt mindestens 10% für ab 1. Juli 2026 in Betrieb gehende Rechenzentren, 15% bei Inbetriebnahme ab dem 1. Juli 2027 und 20% bei Inbetriebnahme ab dem 1. Juli 2028. Die Nutzung der Abwärme erhöht die Energieeffizienz sowie die Wirtschaftlichkeit der primären Prozesse und verringert die Emissionen der nachfolgenden Anwendungen (da grüner Strom zu grüner Wärme wird). Die Nutzung der Abwärme aus Rechenzentren kann in der Potenzialanalyse der kommunalen Wärmeplanung, die für alle rund 11.000 Kommunen bis spätestens Mitte 2028 vorliegen muss, eine wichtige Rolle spielen. Haushalte und Unternehmen können mit der Nutzung der Abwärme aus Wärmenetzen ihre Energiekosten senken.

Die Verfügbarkeit von Strom ist jedoch ein limitierender Faktor für die Entwicklung von Rechenzentren. Wenn man heute bei unterschiedlichen Verteilnetzbetreibern nach verfügbaren Stromkapazitäten für ein Rechenzentrum anfragt, erhält man von allen eine einheitliche Antwort: Bis zum Jahr 2030 sind weitere Kapazitäten nur in sehr begrenztem Maße verfügbar. Abhängig vom konkreten Leistungsbedarf und Standort sind allerdings nach unserer Einschätzung weitere Neubau-Projekte durchaus vorstellbar.

Neben der Verfügbarkeit von Strom stellen Engpässe in der Infrastruktur ein Haupthindernis für die Entwicklung von Rechenzentren dar. Medial steht das Thema Stromknappheit weit oben, aber ebenso wichtig sind eine ausreichende Leitungsinfrastruktur und die Fristen zur Genehmigung neuer Leitungen. Diese Herausforderungen werden sich weiter verschärfen, da der Rechenzentrumssektor auch aufgrund der Knappheit in etablierten Märkten (Frankfurt, Berlin) zunehmend in neue Regionen expandiert, in denen die Abdeckung mit ausreichenden Stromnetzkapazitäten im Hoch- und Höchstspannungsnetz (110 bzw. 380 kV) noch nicht gegeben ist. Der größte Teil dieser Verzögerung hängt auch mit der Grundstückssicherung für Überspannung und Masten sowie insbesondere den behördlichen Genehmigungen (in der Regel Planfeststellung) zusammen. Hinzu kommt ein wachsender Konkurrenzkampf um Flächenpotenziale. Investoren und Entwickler von Rechenzentren konkurrieren bei der Akquise von Flächen mit anderen Interessenten wie Wärmepumpenherstellern, Photovoltaik-Freiflächenproduzenten, Batteriegroßspeicherentwicklern oder sogar landwirtschaftlichen Nutzern.

Die höchste Dichte an Rechenzentren (sowohl hinsichtlich Fläche als auch Kapazität) gibt es in Frankfurt am Main (aufgrund seines großen Finanzsektors, einer der größten Flughäfen in Europa, Hyperscaler von Google und Microsoft und des weltweit größten Internetknoten DE-CIX). Weitere Standorte von wachsender Bedeutung sind Berlin, München (Tier 2) sowie zunehmend Rheinisches Revier (u.a. Entwicklungsprojekte Microsoft) und Hamburg (Tier 3).

Trotz geplanter Projekte im Bereich erneuerbarer Energien und Batteriegroßspeicher (beispielsweise in Nordrhein-Westfalen muss der Ausbau von Rechenzentren in Deutschland auch mit dem Ausbau konventioneller Energiequellen einhergehen, die das Netz stabilisieren und die Energieerzeugung aus erneuerbaren Quellen ergänzen). Wie die letzten Jahre gezeigt haben, sind die Abschaltung der letzten Kernkraftwerke und der Stopp der russischen Gaslieferungen mit weitreichenden Folgen verbunden:

Durch die Stilllegung der letzten Kernkraftwerke im Jahr 2023 hat sich Deutschland entschieden, auf eine „Reserve-Energie“ mit einer Gesamtleistung von 4,2 GW zu verzichten. Damit wird mittelfristig die Rolle von Erdgas als Reservebrennstoff in einem System, das zunehmend auf erneuerbaren Energien basiert, zunehmen - vorausgesetzt, dass der schrittweise Ausstieg aus der Kohleverstromung im Einklang mit den geltenden Rechtsvorschriften erfolgen wird. Aufgrund des Ausstieges aus dem Betrieb zahlreicher Kern- und Kohlekraftwerke werden in Deutschland mehrere Dutzende neue Gaskraftwerke benötigt: Schätzungen zufolge müssen bis 2030 Blöcke mit einer Kapazität von 17 bis 25 GW hinzugebaut werden (die Gesamtkapazität der derzeit in Betrieb befindlichen Gaskraftwerke beträgt 33 GW). Nach den Plänen Berlins muss beim Bau dieser Blöcke die Möglichkeit berücksichtigt werden, diese im Laufe des nächsten Jahrzehnts auf Wasserstoff umzustellen. Noch lässt eine robuste staatliche Initiative zum verstärkten Bau neuer Gaskraftwerke auf sich warten, daher suchen private Investoren nach Alternativen, um nicht auf den schleppenden Netzausbau warten zu müssen.

Grundsätzlich haben sich nach dem Stopp der Gaslieferungen aus Russland die Importstrukturen deutlich verschoben. Bereits 2023 kamen 43 % des nach Deutschland gelieferten Gases aus Norwegen, weitere 26 % aus den Niederlanden und weitere 22 % aus Belgien. Über die deutschen LNG-Terminals wurde insgesamt ein Anteil von 7 % der Gas-Einfuhren als Flüssiggas importiert. Als umweltpolitische Folge der Energiepolitik werden durch die Stromerzeugung in emissionsreichen Kohlekraftwerken (und in etwas „saubereren“ Gaskraftwerken) die Treibhausgasemissionen des Energiesektors erhöht. Dies steht im Widerspruch zu den erklärten klimapolitischen Zielen Deutschlands und seinem weltweiten Image als Vorreiter im Kampf gegen die globale Erwärmung. Diese Inkonsistenz untergräbt die Glaubwürdigkeit Berlins in diesem Bereich, während vor dem Hintergrund der hohen Strompreise und der ehrgeizigen klimapolitischen Ziele der EU die Abschaltung der letzten verbliebenen Kernkraftwerke bei den europäischen Partnern auf Kritik stieß. Es sei darauf hingewiesen, dass die deutsche Atomausstiegspolitik auch negative Folgen für das europäische Stromverbundsystem hat.

Eine solche Folge ist, dass die Stromimporte aus den Nachbarländern nach Deutschland angestiegen sind. Darüber hinaus deuten alle verfügbaren Szenarien darauf hin, dass sich Deutschland durch die (fast) gleichzeitige Abschaltung von Kohlekraftwerken Mitte der 2020er Jahre von einem Stromexporteur zu einem Nettostromimporteur entwickeln wird. Noch auffälliger ist, dass Deutschland bei den Stromimporten besonders abhängig von Frankreich ist, das 75 % seines Stroms in Kernkraftwerken erzeugt. Und so wurde Deutschland 2023 erstmals seit 20 Jahren zum Stromimportland. Die nach Deutschland importierte Strommenge stieg 2023 im Vergleich zu 2022 um 40,6% auf 69,3 TWh, während der exportierte Wert 2023 im Vergleich zum Vorjahr um 21,5% auf 60,1 TWh sank. Im Jahr 2024 stiegen die Stromimporte um weitere 23,2 % (Grafik 3).

Deutschland ist ein Vorreiter und ein Markt für Investitionen in Rechenzentren, die auf erneuerbaren Energiequellen basieren. Obwohl Deutschland bei der Entwicklung neuer Technologien wie künstliche Intelligenz international nicht mit den USA und China konkurrieren kann, gibt es ein vielversprechendes Potenzial, die Entwicklung von Rechenzentren mit der Energiewende zu verbinden. Als einer der größten Hersteller „grüner Technologie“ wird Deutschland die Entwicklung von Rechenzentren auf der Grundlage erneuerbarer Energien nicht nur im eigenen Land, sondern auch in ganz Europa unterstützen – Deutschland ist in Europa führend bei der Photovoltaikkapazität mit 100 GW und damit einer dreimal so hohen Kapazität wie das zweitplatzierte Spanien. Weltweit steht Deutschland bei der Offshore-Windkapazität mit 9,2 GW an dritter Stelle hinter Großbritannien und China. Im Jahr 2024 betrug der Anteil der erneuerbaren Energien am deutschen Stromverbrauch 61,7 % (Grafik 4).

Nach Prognosen des Borderstep-Instituts werden Rechenzentren in Deutschland im Jahr 2030 mehr als 30-35 Mrd. kWh Strom verbrauchen (etwa 6 % des deutschen Stromverbrauchs). Langfristigen Projektionen zufolge wird dieser Anteil bis 2045 auf 8-9% des deutschen Stromverbrauchs (88 Mrd. kWh) ansteigen. Dieser Energiebedarf wird voraussichtlich durch erneuerbare Energien, hauptsächlich Solar- und Windkraftanlagen, mit einer Gesamtkapazität von 2-3 GW bis 2030 und von 7-8 GW bis 2045 gedeckt werden (Grafik 5).

Obwohl der Ausbau solcher EE-Stromerzeugungskapazitäten machbar ist, müssen die Investoren bei der Planung neuer Rechenzentren die Herausforderungen der Entwicklung der Energieinfrastruktur berücksichtigen:

• Notwendigkeit für den Bau einer intelligenten Energieinfrastruktur in der Nähe von neuen Rechenzentren, die erneuerbare Energiequellen – zum Beispiel Photovoltaik, Windenergie, Biogasanlagen oder Batteriespeichersysteme – mit der Nutzung von Abwärme in Nah-/Fernwärmenetzen kombiniert.

• Entwicklung von Energiespeichern zur Unterstützung erneuerbarer Energiequellen. Das Ziel der Regierung ist es, diesen Anteil von 61,7% im Jahr 2024 auf 80 % in 2030 zu erhöhen. Ohne den raschen Ausbau von Energiespeichern wird es schwierig sein, das enorme Wachstum der Energie aus erneuerbarer Herstellung auszugleichen (Grafik 6).

• Ausbau der Fernwärmenetze und die verbesserte Wärmerückgewinnung sind Schlüsselstrategien für Rechenzentren, um die Klimaziele zu erreichen. Die von Rechenzentren erzeugte Abwärme kann zur Beheizung von Wohnquartieren oder Industrieanlagen genutzt werden. Eine engere Verzahnung zwischen den Datenanlagen und kommunalen Energieversorgern wird in Zukunft von entscheidender Bedeutung sein. Schließlich ist die Nutzung von Abwärme für neue Rechenzentren inzwischen gesetzlich vorgeschrieben, bedarf aber der Umsetzung. Dabei spielt auch eine Rolle, dass die Abwärme mit einer niedrigeren Temperatur ausgespeist wird und dazu herkömmliche Fernwärmenetze, die im Hochtemperaturbereich arbeiten, nicht geeignet sind. Mitunter ist auch ein Nahwärmenetz ausreichend, wenn der benachbarte Abnehmer (Wohnquartiere, Gewächshäuser, Industrieproduktion, Nahrungsmittelherstellung) vorher bekannt oder strategisch angesprochen wird.

• Notwendigkeit für den Bau neuer, vor allem gasbefeuerter Kraftwerke in der Nähe von Rechenzentren: Als Hauptinstrument zur Aufrechterhaltung der Energieversorgungssicherheit wird in Deutschland unter anderem eine Erhöhung der Zahl der Gaskraftwerke angesehen, die die nicht grundlastfähige Erzeugung aus erneuerbaren Energien (insbesondere während der sogenannten Dunkelflauten im Herbst und Winter) flexibel ergänzen würden. Ihre verfügbare Kapazität würde von heute 30 GW auf rund 43 GW im Jahr 2030 und 73 GW im Jahr 2050 steigen.

• Langfristig: Ausbau der Übertragungsnetze: Insbesondere die wachsende Rolle der Windenergie im Strommix (33 % im Jahr 2024) stellt das Land vor die Herausforderung, die Kapazität der Verbindungen zwischen dem windreichen Norden und dem industrialisierten Süden zu erhöhen. Systemengpässe verhindern derzeit, dass ein Teil der Energie aus Windparks transportiert wird, so dass es immer häufiger vorkommt, dass Windparks zwangsweise vom Netz getrennt werden, um eine Überlastung zu vermeiden (6,5 TWh, d. h. 5 % des durch Windkraft erzeugten Stroms, gingen 2019 auf diese Weise verloren). Von den geplanten Stromtrassen, die den Verlust verhindern sollen, sind allerdings bisher nur 20 % realisiert worden. Die weiteren 80 Prozent werden voraussichtlich nicht vor 2031 fertiggestellt sein.

• Langfristig: Ausbau der Gasnetze für den Transport von Wasserstoff. Nach den Plänen der Bundesregierung soll Erdgas in Gaskraftwerken durch Wasserstoff ersetzt werden, der bei der Stromerzeugung kein CO₂ ausstößt.

Aufgrund der Herausforderungen, die mit dem Ausbau der Energieinfrastruktur verbunden sind, können die Betreiber von Rechenzentren Schwierigkeiten haben, die strengen Anforderungen des EnEfG zu erfüllen. Die wesentlichen Herausforderungen dabei sind:

• Rechenzentren müssen zehn Prozent ihrer Abwärme abgeben (20% ab 2028)

• der Stromverbrauch muss ab 2027 zu 100% mit Strom aus Erneuerbaren Energien gedeckt werden

• der Energieverbrauch soll durch optimierte Kühltechnik gesenkt werden

Die Betreiber von Rechenzentren müssen auch kurzfristig mit steigenden oder zumindest mit stärker schwankenden Energiepreisen rechnen. Erst in den langfristigen Prognosen werden die Energiepreise sinken, wenn die Übertragungsnetze ausgebaut wurden und neue Strom-Kapazitäten aus EE-Kraftwerken angeschlossen werden. Strompreisprognosen weichen oft voneinander ab, da sie von vielen Faktoren beeinflusst werden: Schwankungen der Rohstoffpreise, regionale Unterschiede bei den Netzentgelten, relativ hohe Steuern und Abgaben. Kurzfristig (2024-2026) werden die Strompreise aufgrund des Ausbaus der erneuerbaren Energien und niedrigerer Netzentgelte teurer sein. Laut Prognose könnten sie von 88,6 €/MWh (Q4 2024) auf 93,4 €/MWh (Q1 2026) steigen. Mittel- bis langfristig werden die Preise bis 2030 von 93 €/MWh auf 86 €/MWh und bis 2045 weiter auf etwa 73 €/MWh sinken.

Laut dem „Data Centre Location Index 2023“, der die Attraktivität von Märkten für Investitionen in Rechenzentren bewertet, liegt Deutschland auf Platz 26. Zu den Top 10 dagegen zählen die USA, Singapur, Japan, Schweden, Norwegen, Dänemark, die Vereinigten Arabischen Emirate sowie Finnland, Frankreich und die Schweiz. Die Evaluierung erfolgte anhand mehrerer Kriterien, darunter Energiekosten, Dauer der Genehmigungsverfahren sowie Cybersicherheits- und Datenschutzbestimmungen. Ferner wurden auch Betriebskosten, mögliche Umweltauswirkungen und staatliche Förderungen berücksichtigt.