Với nhu cầu điện năng tăng vọt — phần lớn do sự phát triển của các trung tâm dữ liệu hỗ trợ ngành công nghiệp AI — nhiều người bắt đầu lo ngại quốc gia sẽ lấy đâu ra nguồn điện để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng này.

Một báo cáo mới từ Tổ chức Công nghệ Thông tin và Đổi mới (ITIF) cho rằng công suất năng lượng cần thiết có thể được tìm thấy trong ngắn hạn và trung hạn, giúp các nhà cung cấp điện có thêm thời gian để mở rộng cơ sở hạ tầng lưới điện hiện tại nhằm đáp ứng nhu cầu dài hạn.

Tuy nhiên, giải pháp này không thể tự xuất hiện nếu không có hành động mạnh mẽ.

Robin Gaster, giám đốc nghiên cứu của Trung tâm Năng lượng Sạch thuộc ITIF, cho biết nếu không có những nỗ lực đáng kể trên nhiều mặt trận, lưới điện hiện tại sẽ phải chịu áp lực ngày càng lớn.

Các nhà quản lý có thể bị kẹt giữa hai áp lực:

• nhu cầu điện tăng mạnh từ các trung tâm dữ liệu

• áp lực chính trị phải ưu tiên khách hàng dân cư và thương mại hiện tại

đồng thời vẫn phải giữ giá điện ở mức hợp lý.

Trung tâm dữ liệu không nên bị hạn chế

Một trong những nguyên nhân chính khiến nhu cầu điện tăng nhanh là sự bùng nổ của các trung tâm dữ liệu, đặc biệt là những trung tâm phục vụ AI.

Điều này khiến một số người đề xuất:

• làm chậm việc xây dựng trung tâm dữ liệu

• thậm chí cấm chúng kết nối với lưới điện

Tuy nhiên, Wannie Park, CEO của công ty quản lý năng lượng AI Pado AI, cho rằng đó là một cách tiếp cận thiển cận.

Theo ông, sự phát triển của AI và hạ tầng kỹ thuật số là động lực lớn cho tiến bộ kinh tế, khoa học và công nghiệp.

Thay vì hạn chế trung tâm dữ liệu, các quốc gia nên biến chúng thành một phần tích cực của hệ sinh thái năng lượng.

Park nhấn mạnh rằng:

• trung tâm dữ liệu không nên chỉ là nơi tiêu thụ điện

• chúng nên góp phần ổn định và tăng khả năng phục hồi của lưới điện

Ông cho rằng việc ngăn cản sự phát triển của trung tâm dữ liệu chỉ làm chậm đổi mới cần thiết để giải quyết khủng hoảng năng lượng.

Cần tích hợp thông minh với lưới điện

Một vấn đề lớn hiện nay là Hoa Kỳ đã đầu tư không đủ vào việc nâng cấp lưới điện trong nhiều năm.

Theo Scotty Embley từ công ty phát triển trung tâm dữ liệu Hi-Tequity, việc hạn chế xây dựng trung tâm dữ liệu có thể làm chậm các dịch vụ quan trọng như:

• ngân hàng

• hệ thống chính phủ

• chăm sóc sức khỏe

• giao thông vận tải

Tuy nhiên, ông thừa nhận rằng việc phối hợp sớm với các công ty điện lực là rất cần thiết.

Các trung tâm dữ liệu mới cần được đặt tại những vị trí có:

• cơ sở hạ tầng điện phù hợp

• khả năng hỗ trợ của lưới điện

Allan Schurr, giám đốc thương mại của công ty lưới điện siêu nhỏ Enchanted Rock, cho rằng giải pháp tốt hơn là tích hợp trung tâm dữ liệu với lưới điện một cách thông minh.

Điều này bao gồm việc lập kế hoạch cho toàn bộ vòng đời nhu cầu điện của trung tâm dữ liệu — từ giai đoạn xây dựng cho đến vận hành lâu dài.

Các giải pháp năng lượng tại chỗ, như microgrid chạy bằng khí tự nhiên, có thể:

• cung cấp điện trong thời gian chờ kết nối lưới

• hỗ trợ các khu vực có hạn chế về điện

• cung cấp nguồn điện dự phòng khi lưới điện gặp sự cố

Nhờ đó, trung tâm dữ liệu có thể tiếp tục phát triển mà không gây áp lực quá lớn lên lưới điện quốc gia.

Vai trò quan trọng của trung tâm dữ liệu

Theo Arie Brish, giáo sư kinh doanh tại Đại học St. Edward ở Texas, trung tâm dữ liệu là cơ sở hạ tầng cốt lõi cho mọi hoạt động trên internet.

Chúng phải hoạt động 24 giờ mỗi ngày, 7 ngày mỗi tuần.

Không giống các hoạt động khác có thể tạm dừng vào giờ thấp điểm, trung tâm dữ liệu không thể đơn giản tắt đi khi nhu cầu điện tăng cao.

Do đó, chúng thường cần:

• máy phát điện dự phòng

• hệ thống năng lượng tại chỗ

Những hệ thống này thậm chí có thể được sử dụng để cung cấp điện cho trung tâm dữ liệu trong giờ cao điểm, giúp giảm tải cho lưới điện.

Khai thác nhiều hơn từ hạ tầng hiện có

Rick Bentley, CEO của công ty khai thác tiền điện tử HydroHash, cho rằng một số trung tâm dữ liệu nên hoạt động độc lập với lưới điện.

Theo ông, điều này giúp họ tránh:

• chi phí quy định

• phí kết nối lưới điện

Ngoài ra, khi trung tâm dữ liệu kết nối với lưới điện, nguồn điện của họ có thể bị cắt giảm trong thời gian nhu cầu cao để ưu tiên các dịch vụ thiết yếu như:

• sưởi ấm cho hộ gia đình

• hoạt động của bệnh viện

• hệ thống điều hòa trong đợt nắng nóng

Báo cáo của ITIF cũng đề xuất khai thác thêm công suất từ lưới điện hiện có trong khi xây dựng thêm cơ sở hạ tầng mới.

Các công nghệ mới có thể:

• tăng hiệu suất của đường dây truyền tải

• cải thiện hiệu suất máy phát điện

Điều này có thể tạo ra nguồn điện bổ sung tạm thời trong khi chờ mở rộng lưới điện.

Điều chỉnh nhu cầu điện

Báo cáo cũng chỉ ra rằng không phải tất cả nhu cầu điện của trung tâm dữ liệu đều cần ngay lập tức.

Có tới 40% khối lượng công việc của trung tâm dữ liệu không nhạy cảm với thời gian.

Điều đó có nghĩa là chúng có thể:

• chuyển sang thời điểm tiêu thụ điện thấp

• thậm chí chuyển sang các khu vực địa lý khác

Cách tiếp cận này giúp giảm áp lực lên lưới điện trong giờ cao điểm.

AI vừa gây áp lực vừa giúp giải quyết vấn đề

Một nghịch lý thú vị là AI vừa làm tăng nhu cầu điện, vừa có thể giúp giải quyết vấn đề năng lượng.

Theo Brandon Daniels, CEO của công ty quản lý rủi ro chuỗi cung ứng Exiger, AI có thể được sử dụng để:

• lập bản đồ hệ thống phân phối điện

• xác định nơi năng lượng bị lãng phí

• phát hiện các cơ sở hạ tầng không hiệu quả

AI cũng có thể giúp phát hiện:

• các điểm nghẽn trong chuỗi cung ứng

• cơ sở hạ tầng bị đình trệ

• công suất điện bị lãng phí

Wannie Park cũng cho rằng phần mềm và AI/ML có thể giúp cân bằng cung và cầu điện tốt hơn.

Các hệ thống này có thể điều phối các tải lớn như trung tâm dữ liệu để hoạt động linh hoạt theo tình trạng của lưới điện.

Những thách thức lớn vẫn còn

Tuy nhiên, vẫn tồn tại một số rào cản lớn.

Một trong số đó là quy trình phê duyệt và quy định chậm chạp, trong khi sự phát triển của trung tâm dữ liệu diễn ra với tốc độ chưa từng có.

Ngoài ra, trung tâm dữ liệu phải đáp ứng tiêu chuẩn độ tin cậy cực cao — thường được gọi là “five nines” (99,999%) — khiến việc điều chỉnh tải điện trở nên phức tạp.

Theo Embley, một cách khác để tăng công suất là tận dụng các cơ sở hạ tầng điện đã tồn tại nhưng chưa được sử dụng.

Ví dụ:

• tái sử dụng khu công nghiệp cũ

• sử dụng trạm biến áp nhàn rỗi

• tận dụng kết nối điện của các nhà máy cũ

Những giải pháp này có thể triển khai nhanh hơn nhiều so với việc xây dựng đường truyền mới, vốn có thể mất hàng thập kỷ.

Áp lực năng lượng từ AI

Một yếu tố làm trầm trọng thêm vấn đề là mật độ tính toán ngày càng tăng của các hệ thống AI.

Các cụm máy chủ AI hiện nay tiêu thụ khoảng 30–60 kilowatt cho mỗi tủ máy, cao gấp 2–3 lần so với các hệ thống CPU truyền thống.

Điều này khiến các hệ thống điện và làm mát cũ không còn phù hợp với nhu cầu hiện đại.

Trong khi đó, việc mở rộng lưới điện và xây dựng cơ sở hạ tầng mới thường mất nhiều thập kỷ, trong khi nhu cầu AI tăng theo từng năm.

Sự chênh lệch này — giữa tốc độ phát triển công nghệ và tốc độ xây dựng hạ tầng năng lượng — chính là nguyên nhân dẫn đến cuộc khủng hoảng năng lượng hiện nay.