Die Kernenergie wird ein wichtiger Bestandteil einer Reihe neuer Energieinfrastrukturen sein, die gebaut werden, um den durch künstliche Intelligenz bedingten steigenden Strombedarf von Rechenzentren zu decken. Doch die Kernenergie kann nicht den gesamten Strombedarf der Rechenzentren bereitstellen. Erdgas, erneuerbare Energien und Batterietechnologie werden laut Goldman Sachs Global Investment Research ebenfalls eine Rolle spielen.
Mehrere große Technologieunternehmen, die auf der Suche nach kohlenstoffarmer, rund um die Uhr verfügbarer Energie sind, haben im vergangenen Jahr Verträge über neue Kernkraftkapazitäten unterzeichnet, und es könnten noch mehr solcher Verträge folgen. Diese Bemühungen kommen zu einem Zeitpunkt, an dem sich der Stromverbrauch von Rechenzentren laut Berichten von Brian Singer, Jim Schneider und Carly Davenport bis 2030 mehr als verdoppeln wird.
Insgesamt prognostiziert das Team, dass 85 bis 90 Gigawatt (GW) an neuen Kernkraftkapazitäten erforderlich wären, um den gesamten für 2030 erwarteten Anstieg des Strombedarfs von Rechenzentren zu decken (im Vergleich zu 2023). Allerdings werden bis 2030 weltweit weit weniger als 10 Prozent davon verfügbar sein.
Abb. 1: Stromverbrauch von Rechenzentren bis 2030
Der Strombedarf von Rechenzentren dürfte sich bis 2030 mit plus 160 Prozent im Vergleich zu 2023 mehr als verdoppeln. Dabei werden sowohl Kernkraftwerke als auch Erdgas, erneuerbare Energien und Batterietechnologien eine Rolle spielen.
Quelle: Masanet et al. (2020), Cisco, IEA, Goldman Sachs Global Investment Research; Zahlen für 2024 bis 2030 sind Schätzungen
Während der Strombedarf steigt, verlangsamen sich die Effizienzgewinne der Infrastruktur von Rechenzentren, so Carly Davenport, Analystin für US-Versorgungsunternehmen bei Goldman Sachs Research. „Das Wachstum der KI, die breitere Datennachfrage und die Verlangsamung der Effizienzsteigerungen führen zu einem Stromanstieg in den Rechenzentren“, schreibt sie.
Wie stark wird der Stromverbrauch von KI voraussichtlich steigen?
Goldman Sachs Research geht davon aus, dass der Strombedarf von Rechenzentren bis 2030 um mehr als 160 Prozent gegenüber 2023 steigen wird. Ein Szenario, bei dem 60 Prozent dieser gestiegenen Nachfrage durch thermische Quellen wie Erdgas gedeckt würden, würde zu einem erwarteten Anstieg der CO2-Emissionen um 215 bis 220 Millionen Tonnen weltweit führen, was 0,6 Prozent der weltweiten energiebedingten Emissionen entspricht.
Erneuerbare Energien haben zwar das Potenzial, einen Großteil des erhöhten Strombedarfs von Rechenzentren zu bestimmten Tageszeiten zu decken, aber sie produzieren nicht konstant genug Strom, um die einzige Energiequelle für Rechenzentren zu sein, erklärt Jim Schneider, Analyst für digitale Infrastruktur bei Goldman Sachs Research. „Unsere Gespräche mit Entwicklern erneuerbarer Energien haben ergeben, dass Wind- und Solarenergie etwa 80 Prozent des Strombedarfs eines Rechenzentrums bereitstellen könnten, wenn sie mit Speicherkapazitäten kombiniert werden. Aber es wird eine Art Grundlasterzeugung benötigt, um den Bedarf rund um die Uhr zu decken“, schreibt Schneider. Er fügt hinzu, dass die Kernenergie die bevorzugte Option für die Grundlastversorgung ist, aber die Schwierigkeit, neue Kernkraftwerke zu bauen, bedeutet, dass Erdgas und erneuerbare Energien kurzfristig realistischere Lösungen darstellen.
Die Kernenergie hat fast keine Kohlendioxid-Emissionen – obwohl sie nukleare Abfälle erzeugt, die sorgfältig entsorgt werden müssen. Der Mangel an spezialisierten Arbeitskräften, die Schwierigkeiten bei der Erlangung von Genehmigungen und die Schwierigkeit, ausreichend Uran zu beschaffen, stellen jedoch eine Herausforderung für die Entwicklung neuer Kernkraftwerke dar.
In den 2030er Jahren könnten neue Kernenergieanlagen und Entwicklungen im Bereich der künstlichen Intelligenz jedoch dazu beitragen, den gesamten Kohlenstoff-Fußabdruck von KI-Rechenzentren zu verringern. In der Zwischenzeit werden sich Unternehmen, die versuchen, neue Rechenzentren mit Energie zu versorgen, wahrscheinlich auf einen Mix von Energiequellen konzentrieren, schreibt Brian Singer, globaler Leiter von GS SUSTAIN bei Goldman Sachs Research. „Unser Ausblick auf das Wachstum der Stromnachfrage rechtfertigt einen ,und‘-Ansatz, nicht einen ,oder‘-Ansatz, da wir reichlich Möglichkeiten für ein Wachstum der Stromerzeugung aus verschiedenen Quellen sehen“, schreibt er.
Wie stark wird die Kernenergie zunehmen?
Jüngste Verträge für Kernenergieanlagen und Anzeichen für ein größeres Interesse der Länder an der Kernenergie deuten auf einen erheblichen Anstieg der Investitionen in den nächsten fünf Jahren und einen entsprechenden Anstieg des Stromangebots in den 2030er Jahren hin.
Die Verbreitung von KI-Rechenzentren hat das Vertrauen der Investoren in das künftige Wachstum der Stromnachfrage gestärkt, während gleichzeitig große Technologieunternehmen auf der Suche nach kohlenstoffarmer, zuverlässiger Energie sind. Dies führt dazu, dass kürzlich stillgelegte Kernkraftwerke reaktiviert werden und neue, größere Reaktoren in Betracht gezogen werden.
Allein in den USA haben große Technologieunternehmen im letzten Jahr neue Verträge über mehr als 10 GW möglicher neuer Kernkraftkapazitäten unterzeichnet, und Goldman Sachs Research sieht das Potenzial für drei Anlagen, die bis 2030 ans Netz gehen könnten.
Auch die Regierungen unterstützen die Kernenergie inzwischen auf breiter Front. Die Schweiz überdenkt den Einsatz von Kernkraftwerken für ihre Stromversorgung, während die Kernenergie in den USA parteiübergreifende Unterstützung genießt und die australische Oppositionspartei Pläne zur Einführung von Kernreaktoren vorgelegt hat. Die Teilnehmer der COP28-Konferenz Ende 2023, eines von den Vereinten Nationen einberufenen jährlichen Gipfeltreffens zur Bewältigung des Klimawandels, haben sich darauf geeinigt, die weltweite Kernkraftkapazität bis 2050 zu verdreifachen.
Der Aufbau des „grünen“ Rechenzentrums
Auch KI-Anbieter investieren erheblich in grüne Energiequellen. Das Team prognostiziert, dass 40 Prozent der neuen Kapazitäten, die zur Deckung des steigenden Strombedarfs von Rechenzentren gebaut werden, aus erneuerbaren Energien stammen werden.
Die Kosten für die Versorgung mit erneuerbaren Energiequellen sind billiger als die Erzeugung von Strom aus Erdgas, sofern die Kosten für die Übertragung und für das Füllen von Lücken – wenn die Sonne nicht scheint und der Wind nicht weht – unberücksichtigt bleiben. Eine Analyse von Goldman Sachs Research zeigt, dass für sich genommen die durchschnittlichen Energiekosten für Onshore-Wind am Standort eines Rechenzentrums in den USA bei 25 US-Dollar pro Megawattstunde (MWh) liegen, während Solarenergie 26 US-Dollar/MWh und Erdgas mit kombiniertem Zyklus (Gas-Dampf-Turbinen-Kraftwerk, die effizienteste Art von Gaskraftwerken) 37 US-Dollar/MWh kostet (vor Kosten für die Kohlenstoffabscheidung).
In der Praxis laufen Solarkraftwerke jedoch im Durchschnitt nur etwa sechs Stunden pro Tag, während Windkraftanlagen durchschnittlich neun Stunden pro Tag laufen. Außerdem schwankt die Kapazität dieser Quellen von Tag zu Tag, abhängig von der Strahlungsintensität der Sonne und der Stärke des Windes.
Abb. 2: Erzeugungskapazität für Wind- und Solarenergie
Die Erzeugungskapazität schwankt im Jahresverlauf stark. Der Chart zeigt die durchschnittlichen US-Kapazitätsfaktoren (Auslastungsfaktoren) für Wind- und Solarenergie im Jahr 2023.
Quelle: EIA, Goldman Sachs Global Investment Research
Auch die Übertragungskosten spielen für die Betreiber von Rechenzentren eine Rolle. Da erneuerbare Energiequellen oft einen viel größeren Flächenbedarf haben als Erdgas oder Kernenergie, befinden sie sich eher entfernt von Großstädten, wo ein Großteil der von ihnen erzeugten Energie verbraucht wird. Infolgedessen muss die von ihnen erzeugte Energie unter Umständen einen weiteren Weg zurücklegen, bevor sie genutzt wird.
Dagegen können thermische Kraftwerke – wie z.B. solche, die mit Kernreaktoren oder Gas-Kombikraftwerken betrieben werden – den ganzen Tag über laufen, ohne dass stündlich mit der Gefahr von Unterbrechungen gerechnet werden muss.
Aus diesen Gründen geht das Team davon aus, dass Technologieunternehmen die Vorteile einer Kombination aus allen oben genannten Energiequellen nutzen werden. In den letzten Monaten haben Hyperscaler und andere Cloud-Computing-Unternehmen mehrere Verträge für größere Atomkraftwerke, kleine modulare Reaktoren (SMR), Stromabnahmeverträge für erneuerbare Energien und Kohlenstoffabscheidung unterzeichnet.
Erdgas wird im Mix bleiben
Derzeit ist eine Rund-um-die-Uhr-Stromlösung, die die Emissionen deutlich reduziert, mit einem Aufpreis verbunden. In den USA kosten kohlenstoffarme Optionen zwischen 19 und 72 Dollar mehr pro Megawattstunde als die Basislösung mit Erdgas-Kombikraftwerken.
Anders als in der EU gibt es in den USA keinen bundesweiten Mechanismus zur Bepreisung von Kohlenstoff. Einige amerikanische Unternehmen haben sich jedoch dafür entschieden, den Kohlenstoffemissionen intern einen Preis zuzuweisen.
Die Einführung eines Preises von 100 US-Dollar pro Tonne für Kohlendioxid gleicht die grüne Zuverlässigkeitsprämie in erheblichem Maße aus. Dies würde die Kosten für Erdgas-Kombikraftwerke auf der Grundlage der in der Vergangenheit gemeldeten Emissionsintensität von Gaskraftwerken auf 91 Dollar/MWh ansteigen lassen, verglichen mit 87 Dollar/MWh für eine nahezu 100-prozentige Lösung mit erneuerbaren Energien, einschließlich Solar- oder Windenergie und Batteriespeichern, und 77 Dollar/MWh für einen groß angelegten Atomstromgenerator vor Ort, so Goldman Sachs Research.
Um die Stromversorgung rund um die Uhr zu gewährleisten, suchen Rechenzentren nach einer Lösung, die Solar- und Windenergie durch Batteriespeicher und entweder durch Strom aus dem Stromnetz oder durch Erdgas-Peak-Kapazitäten vor Ort ergänzt (ein Kraftwerk, das in Zeiten hoher Nachfrage läuft oder Lücken in der intermittierenden Stromerzeugung schließt). Die Analysten von Goldman Sachs schätzen, dass eine kombinierte Lösung aus Solarenergie, Batteriespeichern und Erdgas die Emissionen um 67 Prozent im Vergleich zu einer Basislösung mit kombiniertem Erdgasantrieb senken würde. Das Team ist der Ansicht, dass die finanziellen Auswirkungen für große Hyperscaler durch die Zahlung der mit diesen Technologien verbundenen „Green Reliability Premium“ gering sind.
Neben der Suche nach umweltfreundlicheren Energiequellen für die Stromversorgung von Rechenzentren können Technologieanbieter die Emissionsintensität durch Effizienzsteigerungen reduzieren. Dies war in den Jahren 2015 bis 2019 der Fall, als sich die Nachfrage nach Rechenzentren fast verdreifachte, ihr Stromverbrauch jedoch aufgrund von Verbesserungen der Energieeffizienz gleich blieb.
Seit 2020 haben sich die Effizienzgewinne verlangsamt, aber das Team erwartet, dass weitere Innovationen dazu beitragen werden, die Stromintensität von Rechenzentren in Zukunft zu senken.
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Quelle: Dieser Beitrag erschien am 23. Januar 2025 auf www.goldmansachs.com unter dem Titel „Is nuclear energy the answer to AI data centers’ power consumption?“ im Bereich Insights/Articles. Bitte beachten Sie, dass die darin getroffenen Aussagen keine Anlageempfehlungen darstellen.
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