Strombedarf der IKT - Österreichische Energieagentur...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 -

Dr. Lutz Stobbe, Alexander Schlösser

Dept. Environmental and Reliability Engineering

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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: [email protected]



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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



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Wie entwickelt sich der Strombedarf?

Einflussfaktoren

kWh

Aktueller Strombedarf

t



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Modellbasierte Kalkulation des Strombedarfs der IKT in Haushalten

Modell

Nutzung Technologie Systemdesign



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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



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Beispiel: Lot 26 Study Networked Standby

www.ecostandby.org/documents



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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



Stock

Stock

Stock

Stock

21 Produktgruppen mit je 4 Nutzungsszenarien Referenzjahr 2010 und Prognose 2020



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Analyse von Einflussfaktoren

kWh


t

Nutzung Technologie Systemdesign



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Trends in der Technikentwicklung

kWh


t

Technologie



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Entwicklung der Leistungsaufnahme LCD-TV (1)



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Entwicklung der Leistungsaufnahme LCD-TV (2)



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Verbesserung des Gesamtstrombedarfs LCD-TV

240 W

80 W

150 W 2005

2012 45 W

Faktor 3 Verbesserung im gleichen Größensegment

Faktor 2 Verbesserung im Markt (Bestand)

32“-LCD-TV 40“-LCD-TV



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Reduktion des Stromverbrauchs



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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



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

Materialien wertvoll (selten),

Entwicklungskosten steigen nicht linear (wirtschaftliches Risiko)

Gegenfinanzierung über schnellere Produktwechsel (größerer Markt)

0

20

40

60

80

100

2008 2010 2012 2014 2016 2018 2020

Inte

rco

nn

ect S

ize

(Ato

ms)

Roadmap der Halbleiter-Technologie

(phyiskalischen und ökonomische Grenzen)

45 nm Technologie

32 nm

22 nm

16 nm

11 nm

0

500

1.000

1.500

2.000

2.500

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

Entw

ickl

un

gsko

ste

n in

Mill

ion

en

US

Do

llar

Entwicklungskosten der Halbleiter-Industrie

Leader

Follower



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Trends in der Nutzung

kWh


t

Nutzung



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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/

http://techon.nikkeibp.co.jp/english/NEWS_EN/20111127/201950/



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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)



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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



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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)

VoD

IPTV

Gaming

Social Network

SaaS

Internet



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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



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Systemdesign

kWh


t

Systemdesign



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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



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Zwischenfazit

kWh


t

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



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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



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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



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Bedarf an Bandbreite wächst

Mobile: 10 Mbps – 1 Gbps

Enterprise: 10 Gbps – 100 Gbps

Home: 100 Mbps – 10 Gbps



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Verlagerung des Strombedarfs

Rechenzentren Haushalte Telekommunikation



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Betrachtung des gesamten Lebenszyklus

Produktion

Transport

Nutzung

Recycling



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Product Carbon Footprint Apple Products

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



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Die Herstellungsphase wird bedeutsam

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



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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



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Carbon Footprint

Quelle: Apple, MacBook Environmental Report 2010

MATERIALS & PRODUCTION

15%MANUFACTURING

2%

DISTRIBUTION3%

USE PHASE80%

DISPOSAL/RECYCLING0%

Iameco II CO2 eq per Life Phase

Total greenhouse gas emissions: 358 kg CO2e

MacBook



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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)



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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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