IEA nhấn mạnh các cơ hội và thách thức của AI trong lĩnh vực năng lượng toàn cầu

Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA) đã nghiên cứu sâu về sự tương tác năng động giữa AI và năng lượng toàn cầu, nhấn mạnh cả những cơ hội và thách thức mà công nghệ này mang lại. Nhu cầu điện năng của AI là rất rõ ràng, đặc biệt trong các trung tâm dữ liệu rộng lớn nơi các mô hình tinh vi này được đào tạo và triển khai. Theo IEA, một trung tâm dữ liệu tập trung vào AI tiêu thụ lượng điện tương đương với 100.000 hộ gia đình. Và hãy chuẩn bị tinh thần—các trung tâm dữ liệu lớn nhất hiện đang được xây dựng dự kiến sẽ cần lượng điện gấp 20 lần con số đó. Đây là một thực tế đáng kinh ngạc khó có thể bỏ qua.

Đầu tư tăng vọt vào các trung tâm dữ liệu

Nhu cầu toàn cầu về các trung tâm dữ liệu đã tăng vọt, với các khoản đầu tư gần như tăng gấp đôi kể từ năm 2022 và đạt mốc nửa nghìn tỷ đô la vào năm 2024. Sự tăng trưởng này đang khiến người ta lo ngại về nhu cầu điện năng ngày càng gia tăng. Trong năm 2024, các trung tâm dữ liệu tiêu thụ khoảng 1,5% điện năng toàn cầu, tổng cộng khoảng 415 terawatt-giờ (TWh). Nhưng đừng để con số phần trăm đó đánh lừa bạn—tác động cục bộ của chúng lớn hơn nhiều. Kể từ năm 2017, mức tiêu thụ đã tăng khoảng 12% mỗi năm, vượt xa tốc độ tăng trưởng tổng thể của nhu cầu điện.

Hoa Kỳ đang dẫn đầu, chiếm 45% mức tiêu thụ này, tiếp theo là Trung Quốc với 25% và châu Âu với 15%. Điều thú vị là gần một nửa công suất trung tâm dữ liệu của Hoa Kỳ tập trung ở chỉ năm cụm khu vực. Nhìn về tương lai, IEA dự báo rằng mức tiêu thụ điện của các trung tâm dữ liệu toàn cầu sẽ tăng hơn gấp đôi vào năm 2030, đạt khoảng 945 TWh. Để dễ hình dung, con số này lớn hơn một chút so với tổng mức tiêu thụ điện hiện tại của Nhật Bản.

AI là động lực chính đằng sau sự tăng trưởng này. Hoa Kỳ được dự đoán sẽ chứng kiến sự gia tăng đáng kể nhất, với các trung tâm dữ liệu có khả năng chiếm gần một nửa mức tăng trưởng nhu cầu điện vào năm 2030. Đến cuối thập kỷ, các trung tâm dữ liệu của Hoa Kỳ được dự đoán sẽ tiêu thụ nhiều điện hơn tổng lượng sử dụng của các ngành công nghiệp sản xuất tiêu tốn nhiều năng lượng như nhôm, thép, xi măng và hóa chất cộng lại.

Kịch bản "Trường hợp Cơ bản" của IEA dự đoán mức tiêu thụ điện của các trung tâm dữ liệu toàn cầu vào khoảng 1.200 TWh vào năm 2035. Tuy nhiên, có một khoảng không chắc chắn lớn, với các dự báo dao động từ 700 TWh trong "Trường hợp Ngược Chiều" đến 1.700 TWh trong "Trường hợp Cất Cánh," tùy thuộc vào tốc độ áp dụng AI, cải tiến hiệu suất và các ràng buộc của ngành năng lượng.

Fatih Birol, Giám đốc Điều hành của IEA, nhấn mạnh tầm quan trọng của AI trong bối cảnh năng lượng: "AI là một trong những câu chuyện lớn nhất trong thế giới năng lượng hiện nay – nhưng cho đến nay, các nhà hoạch định chính sách và thị trường thiếu các công cụ để hiểu đầy đủ các tác động rộng lớn. Tại Hoa Kỳ, các trung tâm dữ liệu đang trên đà chiếm gần một nửa mức tăng trưởng nhu cầu điện; tại Nhật Bản, hơn một nửa; và tại Malaysia, lên đến một phần năm."

Đáp ứng nhu cầu năng lượng AI toàn cầu

Để cung cấp năng lượng cho sự bùng nổ AI này, cần có một hỗn hợp năng lượng đa dạng. IEA gợi ý rằng năng lượng tái tạo và khí tự nhiên sẽ dẫn đầu, nhưng các công nghệ mới nổi như lò phản ứng hạt nhân mô-đun nhỏ (SMRs) và hệ thống địa nhiệt tiên tiến cũng có vai trò quan trọng. Năng lượng tái tạo, được hỗ trợ bởi lưu trữ và cơ sở hạ tầng lưới điện, dự kiến sẽ đáp ứng một nửa mức tăng trưởng nhu cầu của các trung tâm dữ liệu trên toàn cầu vào năm 2035. Khí tự nhiên sẽ rất quan trọng, đặc biệt tại Hoa Kỳ, với mức tăng dự kiến 175 TWh để đáp ứng nhu cầu của các trung tâm dữ liệu vào năm 2035 trong Trường hợp Cơ bản. Năng lượng hạt nhân cũng sẽ đóng góp đáng kể, đặc biệt tại Trung Quốc, Nhật Bản và Hoa Kỳ, với các SMR đầu tiên được dự đoán xuất hiện vào khoảng năm 2030.

Tuy nhiên, chỉ tăng cường sản xuất điện là chưa đủ. IEA nhấn mạnh nhu cầu cấp bách về nâng cấp cơ sở hạ tầng, đặc biệt là trong các khoản đầu tư vào lưới điện. Các lưới điện hiện tại đã chịu áp lực, điều này có thể làm trì hoãn khoảng 20% các dự án trung tâm dữ liệu đã lên kế hoạch trên toàn cầu do hàng đợi kết nối phức tạp và thời gian chờ lâu cho các thành phần quan trọng như máy biến áp.

Tiềm năng của AI trong việc tối ưu hóa hệ thống năng lượng

Ngoài nhu cầu năng lượng khổng lồ, AI còn có tiềm năng to lớn để cách mạng hóa chính ngành năng lượng. IEA nêu ra một số ứng dụng:

• Cung cấp năng lượng: Ngành dầu khí, một trong những người áp dụng sớm, sử dụng AI để tối ưu hóa thăm dò, sản xuất, bảo trì và an toàn, bao gồm giảm phát thải mê-tan. AI cũng có thể cải thiện việc thăm dò khoáng sản quan trọng.
• Ngành điện: AI có thể cải thiện dự báo cho các nguồn năng lượng tái tạo biến đổi, giảm thiểu cắt giảm. Nó cải thiện cân bằng lưới điện, phát hiện lỗi (giảm thời gian mất điện từ 30-50%), và có thể mở khóa dung lượng truyền tải đáng kể thông qua quản lý thông minh hơn—có khả năng đạt 175 GW mà không cần xây dựng đường dây mới.
• Sử dụng cuối cùng: Trong công nghiệp, việc áp dụng rộng rãi AI để tối ưu hóa quy trình có thể tiết kiệm năng lượng tương đương với tổng mức tiêu thụ năng lượng của Mexico hiện nay. Các ứng dụng giao thông như quản lý giao thông và tối ưu hóa tuyến đường có thể tiết kiệm năng lượng tương đương với 120 triệu xe hơi, mặc dù cần theo dõi các hiệu ứng phục hồi từ xe tự hành. Tiềm năng tối ưu hóa tòa nhà là đáng kể nhưng bị cản trở bởi tốc độ số hóa chậm hơn.
• Đổi mới: AI có thể đẩy nhanh đáng kể việc khám phá và thử nghiệm các công nghệ năng lượng mới, như hóa học pin tiên tiến, chất xúc tác cho nhiên liệu tổng hợp và vật liệu thu giữ carbon. Tuy nhiên, ngành năng lượng hiện đang sử dụng AI cho đổi mới ít hơn so với các lĩnh vực như y sinh học.

Hợp tác là chìa khóa để vượt qua thách thức

Mặc dù có tiềm năng, nhưng vẫn còn những rào cản đáng kể cản trở việc tích hợp hoàn toàn AI vào ngành năng lượng. Những rào cản này bao gồm các vấn đề về truy cập và chất lượng dữ liệu, cơ sở hạ tầng số và kỹ năng không đầy đủ (tài năng AI tập trung thấp hơn trong các lĩnh vực năng lượng), các rào cản quy định và mối lo ngại về an ninh. An ninh mạng là một con dao hai lưỡi: trong khi AI tăng cường khả năng phòng thủ, nó cũng trang bị cho những kẻ tấn công các công cụ tinh vi. Các cuộc tấn công mạng vào các tiện ích đã tăng gấp ba lần trong bốn năm qua.

An ninh chuỗi cung ứng là một mối quan ngại quan trọng khác, đặc biệt liên quan đến các khoáng sản quan trọng như gallium (dùng trong các chip tiên tiến), nơi nguồn cung rất tập trung. IEA kết luận rằng đối thoại sâu sắc hơn và sự hợp tác giữa lĩnh vực công nghệ, ngành năng lượng và các nhà hoạch định chính sách là tối quan trọng. Việc giải quyết các thách thức tích hợp lưới điện đòi hỏi việc định vị trung tâm dữ liệu thông minh hơn, khám phá tính linh hoạt trong vận hành và đơn giản hóa việc cấp phép.

Mặc dù AI mang lại cơ hội giảm đáng kể lượng phát thải thông qua tối ưu hóa, những lợi ích này không được đảm bảo và có thể bị triệt tiêu bởi các hiệu ứng phục hồi. "AI là một công cụ, có khả năng cực kỳ mạnh mẽ, nhưng cách chúng ta sử dụng nó phụ thuộc vào chúng ta – xã hội, chính phủ và các công ty của chúng ta," Tiến sĩ Birol nói.

"IEA sẽ tiếp tục cung cấp dữ liệu, phân tích và các diễn đàn đối thoại để giúp các nhà hoạch định chính sách và các bên liên quan khác định hướng con đường phía trước khi ngành năng lượng định hình tương lai của AI, và AI định hình tương lai của năng lượng."