Strombedarf der IKT - Österreichische Energieagentur...Complex TV 15.0 - 45.0 - - Complex STB WAN,...

Dr. Lutz Stobbe, Alexander Schlösser

Dept. Environmental and Reliability Engineering

Strombedarf der IKT in Haushalten: Technik, Nutzung und Systemdesign Alexander Schlösser

In Vertretung für Dr. phil. Lutz Stobbe Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration (IZM) Abt. Environmental and Reliability Engineering Tel.: +49 (0)30 46403-139 E-Mail: lutz.stobbe@izm.fraunhofer.de

Aktueller Strombedarf der IKT ca. 60 TWh/a beträgt aktuell der Strombedarf der IKT in Deutschland

(das entspricht etwa 10% des Gesamtstrombedarfs)

Telekommunikation: 2010: ca. 6 TWh/a

Rechenzentren: 2010: ca. 10 TWh/a

Haushalte: 2010: ca. 35 TWh/a

Büros: 2010: ca. 10 TWh/a

Wie entwickelt sich der Strombedarf?

Einflussfaktoren

Aktueller Strombedarf

Modellbasierte Kalkulation des Strombedarfs der IKT in Haushalten

Modell

Nutzung Technologie Systemdesign

Modellbildung

Product Parameter Value Active / Idle High Standby Low Standby Total

Technology Power per mode W

Use Pattern Use hours per mode h

System Design

Individual Impact TEC per Unit / day kWh/d

Total Impact TEC per Stock / year GWh/a

Modellbildung basiert auf Einflussfaktoren (Parameter): • Technologie (Leistungsaufnahme, Power Management, Stromversorgung) • Nutzung (demografische Struktur, Milieus, Technikkenntnisse) • Systemdesign (Netzwerkarchitektur, Produktkonfiguration, Funktionalität) Die Parametrisierung des Modells beinhaltet die Ermittlung relevanter Daten unter Berücksichtigung technischer und marktbezogener Trends Übrigens: Diese Faktoren reflektieren die Verbesserungsoptionen (Ökodesign)

*Vereinfachte Modelldarstellung

Beispiel: Lot 26 Study Networked Standby

www.ecostandby.org/documents

Multi-Level-Modell zur Kalkulation und Analyse des Strombedarfs von IKT

INPUT RESULT

NoNA Home Desktop PC 2010

Value Active Idle LowP 1 LowP 2 LowP 3 LowP 4 LowP 5 Total

Power (W) 70,0 50,0 0,0 4,7 4,0 2,2 1,5

Use hours (h/d) 3,0 2,0 0,0 0,0 0,0 0,0 19,0 24,0

365 d/a Mode Power (Wh/d) 210,0 100,0 0,0 0,0 0,0 0,0 28,5 338,5

131 million TEC Unit/year (kWh/a) 76,7 36,5 0,0 0,0 0,0 0,0 10,4 123,6

Stock per year (TWh/a) 10,0 4,8 0,0 0,0 0,0 0,0 1,4 16,2

LoNA Home Desktop PC 2010

Power (W) 70,0 50,0 0,0 4,7 4,0 2,2 1,5

Use hours (h/d) 3,0 2,0 0,0 0,0 0,0 19,0 0,0 24,0

365 d/a Mode Power (Wh/d) 210,0 100,0 0,0 0,0 0,0 41,8 0,0 351,8

MeNA Home Desktop PC 2010

Power (W) 70,0 50,0 0,0 4,7 4,0 2,2 1,5

Use hours (h/d) 3,0 2,0 0,0 19,0 0,0 0,0 0,0 24,0

365 d/a Mode Power (Wh/d) 210,0 100,0 0,0 89,3 0,0 0,0 0,0 399,3

HiNA Home Desktop PC 2010

Power (W) 70,0 50,0 0,0 4,7 4,0 2,2 1,5

Use hours (h/d) 3,0 21,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 24,0

365 d/a Mode Power (Wh/d) 210,0 1050,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 1260,0

21 Produktgruppen mit je 4 Nutzungsszenarien Referenzjahr 2010 und Prognose 2020

Analyse von Einflussfaktoren

Nutzung Technologie Systemdesign

Trends in der Technikentwicklung

Technologie

Entwicklung der Leistungsaufnahme LCD-TV (1)

Entwicklung der Leistungsaufnahme LCD-TV (2)

Verbesserung des Gesamtstrombedarfs LCD-TV

150 W 2005

2012 45 W

Faktor 3 Verbesserung im gleichen Größensegment

Faktor 2 Verbesserung im Markt (Bestand)

32“-LCD-TV 40“-LCD-TV

Reduktion des Stromverbrauchs

Im aktuellen Bestand gibt es je Produktgruppe ein breites Spektrum an Stromverbräuchen

Product Network Types

Idle (current),

HiNA equiv.

LowP2/MeNA

equiv.

LowP4/LoNA

equiv.

Desktop PC 10.0 - 85.0 1.4 - 4.7 1.1 - 3.2

Notebook PC 10.0 - 45.0 1.0 - 3.7 0.8 - 2.2

IJ Imaging Eqp. 6.0 - 20.0 1.5 - 4.0 0.4 (off)

EP Imaging Eqp. 40.0 - 140.0 6.0 - 9.7 0.4 (off)

Networked Storage 5.5 - 27.0 2.3 - 17.5 -

Game Console 20.0 - 125.0 - -

Complex Recorder 15.0 - 30.0 3.2 - 16.6 1.7 - 16.6

Complex TV 15.0 - 45.0 - -

Complex STB WAN, HDMI, local 8.0 - 14.5 2.5 - 14.5 -

Home Gateway WAN, LAN, WLAN 6.0 - 15.0 1.9 - 13.0 -

Mobile Phone GSM, UMTS, WLAN 7.5 - 20 mW (GSM standby); 1 - 1.2 W (web via WLAN)

LAN, WLAN, local

HDMI, LAN + tbd

Current (2010) Power Range (Watts)

Quelle: Fraunhofer IZM, Bio IS „Lot 26 Preparatory Study 2010, www.ecostandby.org

Technologiedynamik wirkt positiv, aber … Technologielücken (Schnittstellen realisieren),

Materialien wertvoll (selten),

Entwicklungskosten steigen nicht linear (wirtschaftliches Risiko)

Gegenfinanzierung über schnellere Produktwechsel (größerer Markt)

2008 2010 2012 2014 2016 2018 2020

Roadmap der Halbleiter-Technologie

(phyiskalischen und ökonomische Grenzen)

45 nm Technologie

65 nm 45 nm 32 nm 22 nm 16 nm 11 nm

Entwicklungskosten der Halbleiter-Industrie

Leader

Follower

Trends in der Nutzung

Nutzung

Produktauswahl (Green Products)

Toshiba Regza 32BE3: • Power-saving Button for two power-

saving modes, in which the intensity of the backlight is cut by "50%" and "75%," respectively.

• Zero Standby (about 95μA) realized trough an Eco Chip and a large-capacity capacitor.

Philips Econova 46PFL6806K: • Average Power 46 W / Standby 0.15 W • Energy saving functions :

Eco mode, light sensors, energy setup menu, complete off, solar powered remote control

http://www.techfresh.net/toshiba-regza-32be3-lcd-tv/

Power Management

Computer-Industrie zeigt den Weg …

ACPI (Advanced Configuration and Power Interface) ist ein1997 spezifizierter offener Standard für das Power-Management von Computern

Unterhaltungselektronik muss aufholen (Themen: Standards für Power Management im Betriebssysteme, Interoperabilität)

Einstellungen (Settings)

Anforderungen an das Produkt: • Energie-Einstellungen (Settings) auf höchster Menüebene anbieten • Manuelle und automatisierte Power-Down-Möglichkeiten • Gute Voreinstellungen (Green Settings vs. Shop Settings) • Power Management vs. Bequemlichkeit (Reaktivierungszeiten)

Faktor Nutzer: • Nutzer hat oft keine Information / Kenntnisse

über den Stromverbrauch des Gerätes / Modes Negativ-Beispiel „Quick Start“

• Nutzer ändert kaum Einstellungen • Interoperabilität und Vernetzung muss

„plug and play“ sein Trend zu Wireless

Nutzungsintensität

Digitalisierung von Medien (Video/TV) immer mehr Displays und Mobiles

Datenmengen wachsen (Sprache Text Bild Video)

Immer und überall verbunden (mobil verfügbare Dienste, Soziale Netzwerke

Bequemes Internet (Shopping / Info)

Browser-Standards, Sicherheit und Dienstgüte sind wichtige Aspekte künftiger Nachfrage

Rechen-/ Speicherleistung in der Cloud (SaaS, Thin Clients)

Gaming

Social Network

Internet

Zunahme des Datenverkehrs

Monatlicher IP-Verkehr: 2010: 1,0 Exabytes/Month 2015: 4,1 Exabytes/Month Davon Privater IP-Verkehr: 2010: 0,7 Exabytes/Month (70% of total) 2015: 3,3 Exabytes/Month (82% of total) Davon Video: 2010: 0,2 Exabytes/Month (23% of total) 2015: 2,2 Exabytes/Month (54% of total)

Cisco Prognose – Monatlicher IP-Verkehr in Deutschland

Quelle: http://www.ciscovni.com/vni_forecast/advanced.html

Systemdesign

Vernetzung und Konvergenz

• Ketten verlinkter Geräte für funktionalen Nutzen (Provider Services) • Heimnetzwerk (LAN) wird komplexer mit vielen Technologieoptionen • Interoperabilität (Software) + Nutzungsrechte sind Begrenzungsfaktoren das führt u.a. zu parallelen Geräte-Infrastrukturen

• Verfügbarkeit von Diensten erfordert Netzwerk Standby

Zwischenfazit

Nutzungsintensität

Intensive Nutzung erhöht maßgeblich den Strombedarf der IKT

Technikentwicklung

Modere Technik hat das Potential den Strombedarf zu senken

Systemdesign

Das Systemdesign ist ein zusätzlicher Verbesserungsfaktor

Erweiterung der Systemgrenzen Die Ökoeffizienz von IKT-Produkten ist heute nicht mehr nur an der Nutzung und dem Strombedarf im Haushalt zu bemessen

Eine Erweiterung der Systemgrenzen ist dringend geboten

Zunahme des Datenverkehrs

Monatlicher IP-Verkehr: 2010: 1,0 Exabytes/Month 2015: 4,1 Exabytes/Month Davon Privater IP-Verkehr: 2010: 0,7 Exabytes/Month (70% of total) 2015: 3,3 Exabytes/Month (82% of total) Davon Video: 2010: 0,2 Exabytes/Month (23% of total) 2015: 2,2 Exabytes/Month (54% of total)

Cisco Prognose – Monatlicher IP-Verkehr in Deutschland

Quelle: http://www.ciscovni.com/vni_forecast/advanced.html

Bedarf an Bandbreite wächst

Mobile: 10 Mbps – 1 Gbps

Enterprise: 10 Gbps – 100 Gbps

Home: 100 Mbps – 10 Gbps

Verlagerung des Strombedarfs

Rechenzentren Haushalte Telekommunikation

Betrachtung des gesamten Lebenszyklus

Produktion

Transport

Nutzung

Recycling

Product Carbon Footprint Apple Products

http://www.apple.com/environment/reports/

Die Herstellungsphase wird bedeutsam

http://www.apple.com/environment/reports/

Best Practise Eco-PC

Erster Computer seiner Klasse mit EU EcoLable

Motivation:

Entwicklung neuer Eco-Design Strategien

Nutzung alternativer Materialien

hohe Energieeffizienz

verbessertes Recyclingpotential

verlängerte Lebensdauer

Carbon Footprint

Quelle: Apple, MacBook Environmental Report 2010

MATERIALS & PRODUCTION

15%MANUFACTURING

DISTRIBUTION3%

USE PHASE80%

DISPOSAL/RECYCLING0%

Iameco II CO2 eq per Life Phase

Total greenhouse gas emissions: 358 kg CO2e

MacBook

Schlussbemerkung Multi-Level-Modelle sind geeignete Instrumente zur Kalkulation

und Analyse des Energie- und Ressourcenbedarfs der IKT

Voraussetzung sind eine kontinuierliche Datenerhebung und Trendbeobachtung (die Granularität der Daten ist bedeutsam)

Nicht nur einzelne Produkte sondern vernetzte Produkte und Infrastrukturen bestimmen die Energie- und Ressourceneffizienz der IKT in der Anwendung (funktionaler Nutzen)

Die Erweiterung der Systemgrenzen in der Betrachtung der Ökoeffizienz ist unerlässlich (Ende-zu-Ende Funktionalität und Lebenszyklusanalysen)

Joint International Congress and Exhibition

A Co-Operation of the World‘s Leading Conferences

Program Overview

Sun Sept. 9th Tutorials, Get Together

Sept. 10th -12th Conference and Exhibition

Location the Dahlem Cube / Seminaris CampusHotel, Berlin

Chairman Prof. Dr. Klaus-Dieter Lang

Website www.egg2012.de

organized by

Taking Green to the Next Level

September 9 – 12, 2012 · Berlin, Germany

Thank You for Your Attention!

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