Eine heruntergefallene Stromleitung deckt ein Problem im KI-Rechenzentrum auf. Hier ist die Lösung.

In dieser Woche kam es in der Nähe von Washington, D.C., zu einem Stromausfall. Unter normalen Umständen würde sich das Stromnetz innerhalb von Sekunden wieder erholen, doch dieses Mal dauerte es über zehn Minuten, da fast zeitgleich eine Last von mehr als drei Gigawatt aus Rechenzentren ausfiel.

Nach Angaben von Ting Labs, einem Start-up, das ein IoT-Sensornetzwerk über Haushaltssteckdosen betreibt, verursachte der Vorfall Spannungsspitzen im gesamten PJM-Netz von Nord-Virginia bis Chicago.

Zwar führte das Ereignis nicht zu einem Stromausfall, doch flackerten in der gesamten Region die Lichter. Es verdeutlichte den wachsenden Einfluss, den Rechenzentren auf das Stromnetz haben können – ein Trend, der nach Ansicht von Experten an Bedeutung gewinnen wird.

Nord-Virginia, das zum PJM-Gebiet gehört, weist die weltweit höchste Dichte an Rechenzentren auf.

„Das ist der Kanarienvogel in der Kohlengrube“, sagte Ricardo de Azevedo, CTO von ON.Energy, in einem Interview mit TechCrunch. Er fügte hinzu, dass solche Vorfälle, an denen große Verbraucher wie Rechenzentren beteiligt sind, „immer häufiger vorkommen“.

Dieser Vorfall ähnelt einem, der sich vor zwei Jahren im selben PJM-Netz ereignete, und könnte größere Störungen andeuten, wenn Rechenzentren nicht so ausgelegt sind, dass sie Störungen der Stromversorgung besser bewältigen können. PJM Interconnection, der größte Netzbetreiber in den USA, verwaltet Netze von New Jersey bis Illinois und versorgt 67 Millionen Kunden.

Laut PJM-Daten schalteten die Rechenzentren bei dem Ausfall der Stromleitung auf Notstrom um, wodurch innerhalb von 30 Sekunden eine Last von etwa 3,1 Gigawatt wegfiel. Das Netz schien sich zunächst zu erholen, doch kurz darauf fielen weitere Lasten ab. Zu Spitzenzeiten wies das PJM-Netz einen Überschuss von 3,49 Gigawatt auf. Es dauerte weitere 11 Minuten, bis sich die Lage stabilisierte. Reuters berichtete, dass die vom Netz getrennten Rechenzentren zu diesem Zeitpunkt etwa 3 % des Gesamtbedarfs von PJM ausmachten.

Ein paar Prozent mögen nicht bedeutend erscheinen, doch das Stromnetz erfordert ein nahezu perfektes Gleichgewicht zwischen Angebot und Nachfrage. Ungleichgewichte verursachen Spannungseinbrüche oder -spitzen. Während das Netz und die angeschlossenen Geräte geringfügige Schwankungen verkraften können, lösen größere Schwankungen Sicherheitsmechanismen im Netz oder in einzelnen Einrichtungen aus, was zu Abschaltungen führt.

Als Rechenzentren in Nord-Virginia die Spannungsschwankung aufgrund der ausgefallenen Stromleitung erkannten, schalteten sie auf Notstrom um und entlasteten so das Netz. Da immer mehr Rechenzentren dasselbe taten, verwandelte die kumulative Lastreduzierung einen kleinen Angebotsrückgang in einen größeren Nachfragerückgang, was zu einem Angebotsüberschuss und flackernden Lichtern führte.

Die meisten Rechenzentren treffen Entscheidungen im Bruchteil einer Sekunde, und diejenigen, die sich diese Woche vom Netz trennten, bildeten da keine Ausnahme. Laut Ali Zain Banatwala, leitender Spezialist für Marktmodelle beim Independent Electricity System Operator, beschlossen sie alle innerhalb von Sekunden nacheinander, sich vom Netz zu trennen, als der Spannungseinbruch eintrat.

„Wir müssen einen Weg finden, damit diese nahe beieinander liegenden Verbraucher nacheinander vom Netz gehen oder wieder ans Netz gehen können“, sagte er. Ein geordneterer Ansatz würde es den Netzbetreibern ermöglichen, im Voraus robustere Verfahren zu entwickeln.

Alternativ könnten Rechenzentren so konzipiert werden, dass sie Störungen abfedern, anstatt sich vom Netz zu trennen. Ein Start-up namens ON.Energy entwickelt ein Produkt, das Rechenzentren und dem Stromnetz helfen soll, Ereignisse wie die dieser Woche zu überstehen.

Das Unternehmen hat eine unterbrechungsfreie Stromversorgung für einen gesamten Rechenzentrums-Campus entwickelt, die Server, Kältemaschinen und andere Geräte abdeckt. Im Wesentlichen wird das Rechenzentrum hinter eine Batteriebank geschaltet, die mit moderner Stromumwandlungshardware verbunden ist. Das Stromnetz nimmt nur eine einzige, gleichmäßige und stabil verlaufende Last wahr, wodurch die Spitzen und Einbrüche einzelner Komponenten vermieden werden. Das System von ON.Energy ermöglicht es Rechenzentren, ihre Rechenlasten – einschließlich KI-Training – nach oben oder unten anzupassen, ohne das Stromnetz zu belasten.

Noch wichtiger ist, dass es Rechenzentren ermöglicht, Stromschwankungen aus dem Stromnetz auszugleichen. Anstatt die Verbindung zu trennen, kann das System von ON.Energy überschüssigen Strom zum Laden der Batterien nutzen und bei Stromausfällen die Server versorgen. Es kann zudem innerhalb von Millisekunden der Netzspannung folgen und so die Spannungseinbrüche oder -spitzen verhindern, die diese Woche das Problem bei PJM verursacht haben.

De Azevedo erklärte, dass ON.Energy derzeit Systeme mit einer Gesamtleistung von 3 Gigawatt in vier Rechenzentrumsstandorten installiert.

Auch die Netzbetreiber sind sich des Problems bewusst geworden.

So wies de Azevedo beispielsweise darauf hin, dass ERCOT von Großverbrauchern wie Rechenzentren verlangen wird, Störungen „auszuhalten“.

Die Zeit wird knapp. Die Massenabschaltung dieser Woche war doppelt so umfangreich wie ein ähnliches Ereignis im Jahr 2024, als 60 Rechenzentren gleichzeitig vom Netz gingen und damit 1,5 Gigawatt aus dem Netz entzogen wurden. Laut Synapse Energy Economics machten Rechenzentren damals etwa 6 % der Last von PJM aus. Bis 2040 wird dieser Anteil voraussichtlich 24 % erreichen. Wenn das Problem nicht bald angegangen wird, könnte sich die Situation erheblich verschlimmern.