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
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 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
131 million TEC Unit/year (kWh/a) 76,7 36,5 0,0 0,0 0,0 15,3 0,0 128,4
Stock per year (TWh/a) 10,0 4,8 0,0 0,0 0,0 2,0 0,0 16,8
MeNA 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 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
131 million TEC Unit/year (kWh/a) 76,7 36,5 0,0 32,6 0,0 0,0 0,0 145,7
Stock per year (TWh/a) 10,0 4,8 0,0 4,3 0,0 0,0 0,0 19,1
HiNA 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 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
131 million TEC Unit/year (kWh/a) 76,7 383,3 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 459,9
Stock per year (TWh/a) 10,0 50,2 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 60,2
Stock
Stock
Stock
Stock
21 Produktgruppen mit je 4 Nutzungsszenarien Referenzjahr 2010 und Prognose 2020
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Analyse von Einflussfaktoren
kWh
Aktueller Strombedarf
t
Nutzung Technologie Systemdesign
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Trends in der Technikentwicklung
kWh
Aktueller Strombedarf
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
Aktueller Strombedarf
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/
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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
Aktueller Strombedarf
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
Aktueller Strombedarf
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
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