Energieverbrauch von Mobilfunknetzen

Die CO2-Mission

22. Februar 2022, 7:00 Uhr | Autor: Volker Held / Redaktion: Diana Künstler | Kommentar(e)
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Stromfressende Rechenzentren, immer mehr E-Autos, steigende Energiekosten: Netzbetreiber stehen vor großen Herausforderungen.
© frender / 123rf

Der Handlungsdruck auf Seiten der Netzbetreiber, Energiekosten zu senken und Maßnahmen zum Klimaschutz einzuleiten, wächst. Und das zu einer Zeit, in der bereits in den Ausbau der 5G-Netze investiert wird. Doch es gibt Wege, die Kohlendioxidbilanz zu verbessern und gleichzeitg Kosten zu sparen.

Gemeinsam müssen wir das Klima retten und jetzt handeln – so der Tenor des jüngsten Berichts des Weltklimarats. Die zunehmende Anzahl von Extremwetterereignissen wie Hochwasser und Waldbrände haben den Eindruck verstärkt, dass sich die Situation weiter zuspitzt. Alle müssen daher wirksame Maßnahmen ergreifen, um das Klima zu schützen. Und viele Kommunikationsanbieter und Netzbetreiber haben sich bereits zu ehrgeizigen Zielen für die Reduktion von Treib-hausgasen verpflichtet, einschließlich der CO2-Neutralität bis spätestens 2050. Aber um diese Ziele zu erreichen, gilt es, geeignete Strategien zu entwickeln, die es ermöglichen, Netze CO2-neutral zu betreiben und Verpflichtungen aus dem Pariser Klimaabkommen zu erfüllen.

Die gute Nachricht: 30 Prozent Energieeinsparung sind realistisch schon jetzt erreichbar. Zumal der Handlungsdruck nicht nur durch das Pariser Klimaabkommen entsteht, sondern auch auf der Kostenseite. Der Energieverbrauch macht bereits etwa die Hälfte aller Netzbetriebskosten aus und ist damit ein sehr großer Kostenfaktor. Die meisten Netzbetreiber haben jedoch oft nur ein unvollständiges Bild davon, wo und wofür Energie im Netzbetrieb verbraucht wird. Und das Problem wird größer, getrieben durch das exponentielle Wachstum des Datenverkehrs und die wachsende Anzahl von Standorten. Die zusätzliche Rechenkapazität am Rande des Netzes (Edge Computing) führt zu einer steigenden Anzahl von energiehungrigen Rechenzentren. Dazu treiben Regularien, eine zunehmende Zahl von Elektrofahrzeugen und die Umstellung auf erneuerbare Energien die Energiepreise weiter in die Höhe. Die steigenden Energiekosten werden die Gewinnmargen von Netzbetreibern noch mehr unter Druck setzen, und das zu einer Zeit, in der sie in den Ausbau der 5G-Netze investieren und weitere finanzielle Belastungen unerwünscht sind. Der Handlungsdruck ist also groß, die Energiekosten zu senken und die CO2-Bilanz zu verbessern.

Welche Strategie ist am wirksamsten?

Treibhausgasemissionen beim Videostreaming
Treibhausgasemissionen beim Videostreaming – Rechenzentrum und Übertragungsweg
© Umweltbundesamt

Netzbetreiber haben einen großen Handlungsspielraum, wenn es darum geht, den Energieverbrauch zu senken. Die Datenübertragung selbst macht nur etwa 15 Prozent des Energieverbrauchs eines Mobilfunknetzes aus. Der Rest, also über vier Fünftel der Energie, wird einfach verschwendet, weil Netzelemente oder gar ganze Standorte in Zeiten mit wenig Datenverkehr nahezu stillstehen und Hilfssysteme wie die Kühlung oft nicht richtig konfiguriert sind. Diese Verschwendung lässt sich verringern und die Energieeffizienz des Netzes verbessern. Neben der Nutzung erneuerbarer Energien gibt es aktuell fünf wesentliche Optionen, um die CO2-Bilanz eines Mobilfunknetzes zu verbessern:

  • Effizienzsteigerung der Basisstationen: Durch eine effizientere Basisbandverarbeitung und leistungsfähigere Front-End-Verstärker können Netzbetreiber signifikante Energieeinsparungen erzielen. So sinken durch solche produktbezogenen Effizienzgewinne auch bei einem starken Anstieg des Datenverkehrs die Treibhausgasemissionen um Millionen Tonnen pro Jahr. Dies zu erreichen setzt allerdings einen hohen Investitionsaufwand und die Bereitstellung neuer Hardware voraus.
  • Standortoptimierung: Neben mehr erneuerbarer Energieerzeugung am Standort selbst bietet auch die Beseitigung von Einspeise- und Kühlungsverlusten eine Möglichkeit, die CO2-Bilanz von Mobilfunkstandorten zu verbessern. Der japanische Netzbetreiber KDDI setzt zum Beispiel flüssig gekühlte Basisstationen ein. Diese senken den Energieverbrauch für die Kühlung um mehr als 70 Prozent im Vergleich zu herkömmlichen Klimaanlagen.
  • Weiterentwicklung der Netzarchitektur: Neben den Energiesparmaßnahmen an einzelnen Standorten können Netzbetreiber auch auf Ebene der Netzarchitektur Verbesserungen erzielen. Beispielsweise kann die Cloud-Elastizität – also die Fähigkeit, die Netzinfrastruktur je nach Bedarf zu erweitern – dabei helfen, ungenutzte Ressourcen zu vermeiden. Allerdings ist das eher eine langfristige Lösung, da für viele Netzbetreiber der „Umzug“ in die Cloud ein andauernder Prozess ist. Es wird einige Zeit dauern, bis damit die gewünschten Einsparungen erreicht werden.
  • Modernisierung des Netzes: Rechtzeitig alte Technologien abzuschalten, kann helfen, Investitions- und Betriebskosten von Netzen zu optimieren, und rechtfertigt sich oft allein schon mit Blick auf die Energieeinsparungen. Je nach Durchschnittsalter der Netzelemente kann eine moderne Basisstation weniger als die Hälfte der Energie verbrauchen als das Modell, das sie ersetzt.
  • KI-basierte, automatische Energieeinsparungen: Künstliche Intelligenz kann für den Energieverbrauch relevante Informationen wie Datenverkehrsmuster, Verbrauchsprofile, Status der Netzressourcen, Standortinventar, Energiekosten und Wetterinformationen analysieren, um die hinsichtlich Energieverbrauch optimalen Entscheidungen für aktive Netzelemente und passive Komponenten wie Kühlsysteme zu treffen. Das Ergebnis ist eine kohärente Energiesteuerung, die den Energieverbrauch dynamisch an das Datenaufkommen anpasst, ohne die Netzperformance für die Teilnehmer zu verschlechtern.
Beispiel HD-VideoStreaming: Mobilfunk ist Klimasünder – bis auf 5G
Für Videostreaming in HD-Qualität entstehen je nach Übertragungstechnik unterschiedlich viel Treibhausgasemissionen. Der Anteil an den CO2-Emissionen durch die Datenverarbeitung im Rechenzentrum ist dabei mit jeweils 1,5 Gramm CO2 pro Stunde relativ gering. Entscheidend für die Klimaverträglichkeit von Cloud-Diensten wie Videostreaming ist hingegen, mit welcher Technik die Daten von dort zu den NutzerInnen übertragen werden. Dabei können je nach Art der Datenübertragung Treibhausgasemissionen in erheblichem Umfang eingespart werden. Dies zeigen erste Forschungsergebnisse  aus dem Jahr 2020 im Auftrag des Umweltbundesamtes. Die geringste CO2-Belastung entsteht, wenn das HD-Video bis nach Hause über einen Glasfaser-Anschluss gestreamt wird, mit lediglich zwei Gramm CO2 je Stunde Videostreaming für Rechenzentrum und Datenübertragung. Bei einer Datenübertagung mit UMTS (3G) sind es hingegen 90 Gramm CO2 pro Stunde. Erfolgt die Datenübertragung stattdessen mit 5G Übertragungstechnik werden nur etwa fünf Gramm CO2 je Stunde emittiert. Nicht berücksichtigt wird bei dieser Berechnung der Stromverbrauch des Endgeräts. (DK)

 


  1. Die CO2-Mission
  2. Wie KI helfen kann, Energie zu sparen

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