Thách thức lớn trong tìm nguồn cung năng lượng cho các trung tâm dữ liệu

Ẩn sau bức tường xám dài hàng dặm ở thị trấn Colón, miền trung Mexico, là trung tâm dữ liệu của Microsoft. Do không thể kết nối vào lưới điện quốc gia, trung tâm đã phải vận hành bằng các máy phát điện chạy bằng khí đốt trong ít nhất một phần trong năm.

Việc lưới điện của Mexico đang gặp khó khăn không phải là tín hiệu tốt cho một quốc gia đang cố gắng định vị trở thành một trung tâm dữ liệu lớn. Mexico hiện đã là nơi có 150 trung tâm dữ liệu, bao gồm cả của Microsoft, Amazon Web Services và Google. Tổng cộng, họ đã đầu tư hơn 7 tỷ USD vào quốc gia này kể từ năm 2020.

Giống như Mexico, các quốc gia trên khắp thế giới cũng đang chạy đua để đáp ứng nhu cầu năng lượng ngày càng tăng của các trung tâm dữ liệu, vốn được thúc đẩy bởi sự bùng nổ của trí tuệ nhân tạo và điện toán đám mây.

Giống như Microsoft, một số công ty đã phải tìm đến các nguồn năng lượng thay thế, đôi khi còn ô nhiễm hơn. Theo Viện Cạnh tranh Mexico, một trung tâm nghiên cứu, lưới điện của nước này dự kiến sẽ thiếu hụt 48.000 megawat/giờ vào năm 2030, tương đương hơn một nửa sản lượng của cả nước vào năm 2023. Khi Mexico thu hút thêm các khoản đầu tư vào trung tâm dữ liệu, sẽ có thêm nhiều công ty phải đi theo con đường của Microsoft.

“Trường hợp này là một phần của xu hướng toàn cầu, đặc biệt ở những khu vực mà tốc độ triển khai cơ sở hạ tầng kỹ thuật số đang vượt xa khả năng của lưới điện”, bà Marina Otero Verzier, giáo sư thỉnh giảng tại Đại học Columbia chuyên nghiên cứu về trung tâm dữ liệu, chia sẻ với Rest of World. “Trong một số trường hợp, các tập đoàn thường xem máy phát điện chạy bằng nhiên liệu hóa thạch là giải pháp tạm thời, nhưng theo thời gian dài sẽ ảnh hưởng đến môi trường”.

Microsoft đã thành lập trung tâm dữ liệu của mình vào năm ngoái tại Colón, một trung tâm công nghiệp với hơn 67.000 dân. Tuy nhiên, họ không thể kết nối vào lưới điện quốc gia, vốn cũng phụ thuộc phần lớn vào nhiên liệu hóa thạch.

Trong các tài liệu nộp cho cơ quan môi trường của Mexico vào năm 2023, Microsoft cho biết lưới điện sẽ không thể phục vụ đầy đủ cho công ty cho đến giữa năm 2027 do "thời gian xây dựng kéo dài theo yêu cầu trong hợp đồng [của Microsoft] với CFE" (Ủy ban Điện lực Liên bang). Năm sau, cơ quan này đã chấp thuận yêu cầu của Microsoft về việc sử dụng bảy máy phát điện để tạm thời cung cấp năng lượng cho trung tâm dữ liệu.

Trên toàn thế giới, gần 60% điện năng mà các trung tâm dữ liệu sử dụng đến từ nhiên liệu hóa thạch, bao gồm cả khí tự nhiên. Năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời và gió đáp ứng được một phần tư nhu cầu, theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế. Tuy nhiên, trong khi tỷ trọng năng lượng tái tạo đang tăng, nhu cầu điện năng từ các trung tâm dữ liệu lại tăng trưởng nhanh hơn cả tốc độ mở rộng của cơ sở hạ tầng năng lượng tái tạo, đặt ra thách thức lớn cho các mục tiêu khí hậu của nhiều quốc gia và công ty công nghệ.

Ví dụ, ở Nigeria, các trung tâm dữ liệu phụ thuộc rất nhiều vào máy phát điện chạy bằng diesel và khí đốt. Tại Ireland, một trong những trung tâm dữ liệu lớn nhất thế giới, các nhà vận hành đang phải quay lại với nhiên liệu hóa thạch sau khi lưới điện quốc gia đã quá tải. Ở bang Tennessee của Mỹ, các tuabin khí đốt đang cung cấp năng lượng cho trung tâm dữ liệu AI khổng lồ của Elon Musk.

Theo tài liệu do Microsoft nộp cho chính quyền liên bang, các máy phát điện sẽ cung cấp 70% nhu cầu năng lượng cho trung tâm dữ liệu trong 12 giờ mỗi ngày từ tháng 2 đến tháng 7 năm 2025, và tạo ra lượng khí thải CO2 hàng năm tương đương với khoảng 54.000 hộ gia đình trung bình. Trung tâm dữ liệu này bắt đầu hoạt động vào đầu năm 2024. 

Việc Microsoft sử dụng máy phát điện đi ngược lại với cam kết của chính công ty là sẽ "âm carbon, dương nước, không rác thải, và đồng thời bảo vệ hệ sinh thái".

“Nếu Microsoft muốn đạt mục tiêu phát thải ròng bằng 0, về lâu dài họ sẽ phải thay thế khí tự nhiên bằng các nguồn năng lượng khác”, ông Víctor Ramírez, đối tác tại P21 Energía, một công ty tư vấn năng lượng ở Mexico, nhận định.

Mexico đã thu hút các gã khổng lồ công nghệ trong nhiều năm nhờ vị trí địa lý gần Mỹ và lời hứa về cơ sở hạ tầng cáp quang hiện đại. Đặc biệt, bang Querétaro đã trở thành điểm đến hấp dẫn cho các công ty lớn muốn xây dựng các trung tâm dữ liệu siêu quy mô (hyperscale). 

Thông thường, loại cơ sở hạ tầng này cần gần 100 megawatt mỗi năm để hoạt động ở công suất tối đa, tương đương mức tiêu thụ điện hàng năm của 350.000 xe ô tô điện. Mexico dự kiến sẽ có 22 trung tâm dữ liệu siêu quy mô, theo ước tính của DCD Intelligence, một công ty nghiên cứu trong ngành.

Hiện tại, có 15 trung tâm dữ liệu với nhiều quy mô khác nhau đang hoạt động ở Querétaro, tiêu thụ khoảng 200MW điện - chiếm khoảng 80% tổng nhu cầu điện của các trung tâm dữ liệu trên cả nước. 

Hiệp hội Trung tâm Dữ liệu Mexico ước tính rằng hơn 70 trung tâm dữ liệu nữa sẽ được xây dựng trong vòng 5 năm tới. Hơn một nửa trong số đó có khả năng sẽ được đặt tại Querétaro, tương đương với khoản đầu tư hơn 18 tỷ USD. Đến năm 2030, các trung tâm dữ liệu ở Mexico sẽ cần 1,5 gigawatt điện - đủ để cung cấp cho hơn 800.000 hộ gia đình trung bình ở Mỹ.

CFE, công ty độc quyền về cơ sở hạ tầng điện lực của Mexico, bao gồm cả khâu phân phối, sẽ rất khó để theo kịp. Mexico sản xuất rất nhiều năng lượng và có thể sản xuất nhiều hơn nữa, "nhưng khâu truyền tải và phân phối lại khiến chúng tôi lo ngại vì còn yếu kém", bà Adriana Rivera Cerecedo, giám đốc điều hành của Hiệp hội Trung tâm Dữ liệu Mexico, nói.

Vào tháng 8, chính phủ Mexico đã công bố một khoản đầu tư hơn 8 tỷ USD vào cơ sở hạ tầng truyền tải điện, dự kiến hoàn thành vào năm 2030. Tuy nhiên, cơ sở hạ tầng mới này sẽ tập trung vào việc cung cấp điện cho các hộ gia đình, chứ không phải các ngành công nghiệp.

Theo ông Rafael Scott, một đối tác tại McKinsey & Company Mexico, sản lượng điện đã tăng lên từ năm 2018, nhưng CFE đã tụt hậu trong việc xây dựng cơ sở hạ tầng cần thiết để đưa nguồn điện đó đến các nhà máy và hộ gia đình.

“Có một số khu vực đã được xác định rõ là những điểm nghẽn năng lượng do thiếu nguồn lực”, ông Scott cho biết. Querétaro là một trong số đó. Ông nói thêm rằng cơ sở hạ tầng truyền tải của đất nước đã không theo kịp tốc độ sản xuất điện.

Việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch làm nguồn điện liên tục cho một trung tâm dữ liệu "có thể gây ra những lo ngại đáng kể về chất lượng không khí hoặc sức khỏe cộng đồng, đặc biệt đối với những người có bệnh về đường hô hấp", ông Shaolei Ren, phó giáo sư kỹ thuật điện và máy tính tại Đại học California, cảnh báo.

Một số trung tâm dữ liệu đã tự đầu tư vào mạng lưới truyền tải và phân phối, đôi khi tăng khoản đầu tư của họ lên hơn 35% để kết nối với lưới điện.