Je intelligenter die KI wird, desto knapper wird der Strom: Wer kommt für die „Stromrechnungen“ der KI auf?

Die Entwicklung der Zeit ist so interessant: Manchmal muss man umso mehr zurückblicken, je weiter man voranschreitet.

In den letzten Jahren hat die rasante Entwicklung der KI zu einem Mangel an Arbeitsspeichermodulen geführt, der viele Menschen erstaunt: Sollte dieses Ding nicht im Zuge des Mooreschen Gesetzes seine volle Entfaltung zeigen und die Kosten allmählich gegen Null gehen? Es war vor mehr als zehn Jahren schon kein seltenes Gut mehr, und jetzt ist es plötzlich wieder sehr gefragt?

Auf dieser Welt fehlt es aber nicht nur manchen an Arbeitsspeichermodulen, sondern viele stellen auch fest, dass nicht mehr genug Strom zur Verfügung steht – inmitten der rasanten Entwicklung der modernsten KI-Technologie stößt die Menschheit auf das Problem der Stromknappheit, das scheinbar schon längst überwunden war. Es stellte sich heraus, dass die ständige Verfügbarkeit von Strom kein dauerhafter Normalzustand ist.

Die Menschen müssen verstehen, woher der einst als selbstverständlich gesehene Strom eigentlich kommt. Sie müssen ihren Blick entlang der Kabel in die vorgelagerten Bereiche lenken: Während die Endgeräte an der Spitze die fortschrittlichsten KI-"Zauber" erzeugen und nutzen, sind die Geräte am anderen Ende der Leitung, die den Energiebedarf für diese KI-Magie decken, meistens noch Gasturbinen, die bereits zur Zeit der Zweiten Industriellen Revolution entstanden sind.

Diese schwerfälligen, überhaupt nicht auffälligen Maschinen haben sich über einen sehr langen Zeitraum vollständig im Hintergrund verborgen. Die Menschen haben sie nicht nur nicht gesehen, sondern allmählich sogar ihre Existenz vergessen. Bis die KI das Signal für die Vierte Industrielle Revolution gab, begannen diese aus alter Zeit stammenden metallenen Riesen mitzutanzen und ließen die Welt wieder ihr schweres Atmen hören.

Wodurch entsteht die Stromknappheit?

Die in den letzten zwei Jahren aufgetretene Stromknappheit ist kein plötzlich auftauchender "schwarzer Schwan", sondern ein "graues Nashorn", das mit bloßem Auge von weitem herankommt.

Das Stromproblem zeichnete sich bereits 2023 bis 2024 ab: Stromausfälle aufgrund von fehlender Reservekapazität traten in dem von dem PJM-Netz abgedeckten Gebiet immer wieder auf.

Nehmen wir die USA als Beispiel: Am 7. Juli 2025 veröffentlichte das US-Energieministerium den Bericht zur Ressourcenausstattung, in dem offiziell gewarnt wurde, dass unzureichende Stromkapazität das Risiko von Stromausfällen drastisch erhöhen wird.

Anfang 2026 hat die "KI-Stromknappheit" in vielen Regionen das Problem der lokalen Stromengpässe abgelöst und ist zu einem zentralen Thema geworden, das vor allem von den USA im Fokus steht. Eine strukturelle Krise, die durch die rasante Expansion der KI-Infrastruktur angetrieben wird, steht den Menschen bevor.

Prognosen relevanter Einrichtungen zufolge wird der Anstieg der sommerlichen Spitzenlast in den USA von 2025 bis 2030 etwa 170 GW betragen, wovon 159 GW auf Rechenzentren entfallen, was einem Anteil von über 90 % entspricht. Die traditionelle Stromnachfrage steigt zwar weiterhin, bleibt aber insgesamt relativ stabil. Was das Gleichgewicht von Stromangebot und -nachfrage wirklich bricht, ist das explosionsartige Wachstum des Strombedarfs von AIDC (KI-Rechenzentren).

In den nächsten fünf Jahren werden die großen Unternehmen im Silicon Valley bei der Planung von Rechenzentren und dem Strombedarfswachstum voraussichtlich eine Reihe von auffälligen Zahlen vorweisen.

Auf der Nachfrageseite kommt es zu einem explosionsartigen Wachstum, während die Angebotsseite nicht mithalten kann und sich sogar zurückzieht.

Die Kohlekraftwerke in den USA stehen vor einer Spitze der Stilllegungen: Die Erzeugungskapazität von Kohlekraftwerken wird von 172 GW im Mai 2025 bis Ende 2028 auf 145 GW sinken. Die Verringerung der Kohleverstromung wird zu einem Rückgang der gesamten Stromerzeugung in den USA um etwa 2 % bis Ende 2028 führen, was die Stromknappheit weiter verschärft.

Gleichzeitig behindert das langwierige Verfahren zur Netzanbindung neuer Kraftwerke die Ergänzung der Stromangebotsseite erheblich. Das Netzanbindungsverfahren für neue Kohlekraftwerke in den USA umfasst mehrere Schritte: 45 Tage für die Gruppenanmeldung, 60 Tage für die erste Abstimmung, 250 Tage für die Gruppenstudie, 120 Tage für die Anlagenstudie und 60 Tage für die Vertragsdurchführung. Das Gesamtverfahren wird von der FERC geplant, die RTO/ISO ist für die detaillierte Umsetzung zuständig, und es muss die Zuverlässigkeitsstandards der NERC erfüllen. Derzeit dauert die Durchführung dieses Verfahrens für Kraftwerke etwa 375 bis 645 Tage.

Solch langwierige Netzanbindungsverfahren begrenzen das Potenzial neuer hochzuverlässiger Kraftwerke wie Wasser-, Wärme- und Kernkraftwerke stark und behindern sogar die Erweiterung der installierten Kapazität zuverlässiger Kraftwerke.

Darüber hinaus ist die unzureichende Vernetzung der regionalen Stromnetze ein weiterer wichtiger Faktor für die Schwäche der Angebotsseite. Quellen zufolge liegen die Standortwahl und die Genehmigungsrechte für Stromübertragungsleitungen hauptsächlich in den Händen der Regierungen der einzelnen Bundesstaaten. Eine über die Bundesstaaten verlaufende Leitung muss die Genehmigung jedes einzelnen Staates entlang der Strecke erhalten. Die Vernetzung des Stromnetzes ist eine wichtige Voraussetzung, damit die Stromquellen ihre effektive Kapazität entfalten können, und eine zuverlässige Garantie für die Zuverlässigkeit des Stromsystems.

Kurzfristig können die USA aufgrund der Komplexität der Standortplanung von Stromübertragungs- und Transformationsprojekten die Vernetzungskapazität des Netzes vorerst nicht wirksam erhöhen, was die aktuelle Stromknappheit weiter verschlechtert. Dies führt dazu, dass der Stromverbrauch und die effektive Kapazität in verschiedenen Regionen stark voneinander abweichen, und die regionale Stromknappheit kann nicht wirksam gemildert werden.

Neben der Kohleverstromung muss auch der unzureichende effektive Kapazitätszuwachs von neuen Wind- und Solaranlagen berücksichtigt werden. Die neuen Stromerzeugungsressourcen bestehen hauptsächlich aus Solarenergie und Batteriespeichern, aber ihre Eigenschaften passen deutlich nicht zu den Zeiträumen mit Systemrisiken, sodass sie die zuverlässige Kapazität stillgelegter Anlagen kaum ersetzen können. Solarenergie erzeugt Strom tagsüber, während die Last von Rechenzentren 7 Tage die Woche und 24 Stunden am Tag besteht. Energiespeicher können Spitzenlasten ausgleichen, können aber nicht unabhängig Strom liefern und müssen mit der Lastkurve übereinstimmen.

Der Aufbau von Ersatzressourcen unterliegt zudem Genehmigungs- und Übertragungsengpässen, sodass der Fortschritt weit hinter den Erwartungen zurückbleibt. Insgesamt betrachtet wird die fortgesetzte Nutzung intermittierender Stromquellen zur Ersetzung zuverlässiger Kapazitäten ein noch größeres Risiko für die Zuverlässigkeit des Stromsystems darstellen.

Aus der aktuellen Situation von Stromangebot und -nachfrage lässt sich vorhersagen, dass in den USA von 2026 bis 2028 weiterhin eine positive Lücke beim Stromverbrauch besteht, die sich aber Jahr für Jahr verkleinert. 2029 werden sich Angebot und Nachfrage annähernd ausgleichen. Bis 2030 wird in den USA eine deutliche Stromlücke von etwa 41 GW auftreten. Das entspricht 25 % der geplanten Kapazität von Rechenzentren und dem Stromverbrauch von 12 Millionen Menschen, eine Größenordnung, die nicht zu unterschätzen ist.

Wie lässt sich die Lücke schließen?

Das Problem der Stromknappheit besteht bereits, aber es gibt Lösungen. Im nationalen Stromangebots- und Nachfragesystem gibt es noch regelbare Spielräume. Der Schlüssel liegt in der Auswahl technischer Routen, der Aktivierung der Lieferkettenkapazitäten und der Koordinierung der Politik.

Im Großen und Ganzen geht es um die beiden Ideen: die Erweiterung der Quellen und die Einsparung von Verbrauch.

Auf der Seite der Erweiterung der Quellen können selbst erzeugte Stromversorgungsanlagen wie Gasturbinen, SOFC (Festoxid-Brennstoffzellen), Energiespeichertechnologien und sogar SMR (kleine modulare Kernreaktoren) das Stromproblem von Rechenzentren in hohem Maße lindern.

Im Folgenden werden wir die Vorteile und potenziellen Probleme jeder Lösung kurz analysieren.

Gasturbinen: Ausgereifte Hauptversorgung, aber die Produktionskapazität ist bereits vollständig ausgebucht

Gasturbinen sind derzeit die bevorzugte Lösung für die Stromversorgung vor Ort in Rechenzentren. Ihre Eigenschaften wie kontinuierliche Strömungsarbeit zur Stromerzeugung, Dauerbetrieb, stabile Leistungsabgabe und schnelle Regelung eignen sich dafür, dass das Rechenzentrum gleichzeitig als primäre Stromquelle und zur Spitzenlastregulierung des Netzes fungieren kann.

Die Anschaffungskosten der Geräte betragen etwa 800 bis 1800 US-Dollar pro Kilowatt, die Stromerzeugungskosten etwa 0,06 bis 0,08 US-Dollar pro Kilowattstunde, die Bauzeit 3 bis 9 Monate, die Lebensdauer 20 Jahre, und der Kommerzialisierungsprozess ist ausgereift. Ihre Marktposition kann als "Kernhauptversorgung" definiert werden, die für eigene Kraftwerke und die vollständige Abdeckung von Spitzenlast-/Grundlast geeignet ist, und sie ist die erste Wahl für große IDC (Internet-Rechenzentren).

Aber die Probleme von Gasturbinen sind ebenfalls offensichtlich. Der globale Markt für schwere Gasturbinen wird hauptsächlich von drei traditionellen Unternehmen wie GE, Siemens und Mitsubishi dominiert, und die Produktionskapazität dieser drei Turbinenriesen in den nächsten 3 bis 5 Jahren ist bereits vollständig gebucht. Neue Rechenzentren, die bis 2030 oder 2035 gebaut werden, können möglicherweise keine Geräte mehr erhalten. Das bedeutet, dass Gasturbinen zwar die technisch ausgereifteste und wirtschaftlich günstigste Lösung sind, aber ihre Angebotselastizität sehr gering ist und sie die kurzfristige Lücke nicht allein schließen können.

SOFC: Schnelle Bereitstellung und schnelle Reaktion, aber hohe Kosten und kurze Lebensdauer

SOFC verwenden einen festen Elektrolyten und können die chemische Energie von Brennstoffen wie Methan direkt in elektrische Energie umwandeln. SOFC lassen sich schnell bereitstellen, reagieren schnell auf Laständerungen und sind wirtschaftlich relativ leistungsfähig, sodass sie für Rechenzentren geeignet sind. Die Anschaffungskosten der Geräte betragen etwa 2500 bis 4000 US-Dollar pro Kilowatt, die Stromerzeugungskosten etwa 0,08 bis 0,10 US-Dollar pro Kilowattstunde, die Bauzeit 1 bis 3 Monate, die Lebensdauer 1