Biến "cơn khát" điện tại Trung tâm dữ liệu AI thành động lực thúc đẩy chuyển dịch năng lượng xanh

Trong bối cảnh đó, Nhật Bản- nền kinh tế lớn thứ 4 thế giới nhận thấy cơ hội khai thác AI để thúc đẩy tăng trưởng, nhưng cũng đối diện sức ép cân bằng giữa chuyển đổi số (DX) và chuyển đổi xanh (GX).

Được Thủ tướng Nhật Bản phê duyệt từ đầu năm 2025, sáng kiến Watt-Bit Collaboration không chỉ đặt mục tiêu điều phối sự phát triển của các trung tâm dữ liệu gắn liền với năng lượng tái tạo, mà còn trở thành cú hích quan trọng thúc đẩy mở rộng các dự án năng lượng xanh và đẩy nhanh tiến độ nâng cấp lưới điện quốc gia.

THÁCH THỨC NĂNG LƯỢNG TOÀN CẦU

Sự trỗi dậy của các trung tâm dữ liệu AI đang đặt ra một nghịch lý: hạ tầng phục vụ cho công nghệ tiên tiến nhất của nhân loại lại có nguy cơ làm chậm trễ tiến trình khử carbon toàn cầu. Mỗi trung tâm dữ liệu AI vận hành ở quy mô lớn tiêu thụ điện năng tương đương 100.000 hộ gia đình- con số gợi nhắc đến mức độ phi thường của hạ tầng này, nhưng đồng thời báo hiệu sức ép lớn với hệ thống điện quốc gia.

Báo cáo gần đây của Liên Hợp Quốc cảnh báo rằng đến năm 2030, lượng điện tiêu thụ toàn cầu của các trung tâm dữ liệu có thể ngang bằng với mức tiêu thụ điện hiện nay của Nhật Bản.

Thực tế này dẫn đến hệ quả: nếu không đi kèm sự gia tăng tương ứng của năng lượng tái tạo, áp lực điện năng từ trung tâm dữ liệu có thể đẩy chi phí tiêu dùng lên cao, làm suy yếu độ tin cậy của lưới điện và thậm chí gia tăng tuổi thọ vận hành của các nhà máy điện hóa thạch vốn đáng lẽ phải dần loại bỏ.

Mặt khác, nếu được hoạch định và quản lý khôn ngoan, sự gia tăng nhu cầu điện năng này có thể trở thành động lực thúc đẩy các khoản đầu tư lớn vào hạ tầng năng lượng sạch, từ đó rút ngắn khoảng cách giữa mục tiêu công nghệ số và mục tiêu carbon trung tính.

Câu hỏi đặt ra không phải liệu AI có tạo thêm gánh nặng cho hệ thống năng lượng toàn cầu hay không mà liệu các chính phủ và doanh nghiệp có đủ khả năng biến nhu cầu điện khổng lồ này thành chất xúc tác cho chuyển đổi xanh?.

Trước những thách thức trên, các nền kinh tế lớn bắt đầu thử nghiệm những mô hình quản trị khác nhau nhằm dung hòa giữa bùng nổ công nghệ và an ninh năng lượng.

Tại Mỹ, những thí nghiệm chính sách mang đậm màu sắc “liên bang phân tán” đang diễn ra. Ở Oregon, đạo luật Clean Energy Targets Act buộc toàn bộ hệ thống điện giảm phát thải mạnh đến 2040, và dự luật HB 2816 đang đề xuất yêu cầu trung tâm dữ liệu sử dụng 100% năng lượng không phát thải carbon.

Virginia là nơi tập trung nhiều trung tâm dữ liệu nhất tại Mỹ (khoảng 35% thị phần các trung tâm dữ liệu siêu quy mô- hyperscale). Sự tăng trưởng nhanh của ngành này đang đẩy lưới điện đến giới hạn, buộc các đơn vị như Dominion Energy cân nhắc đầu tư vào nguồn phát mới dù đạo luật Clean Energy Act yêu cầu đạt 100% năng lượng tái tạo vào giữa thế kỷ.

Tại New York, dự luật S6394 tích hợp yêu cầu minh bạch năng lượng, cấm ưu đãi từ nguồn hóa thạch và đặt lộ trình sử dụng năng lượng tái tạo cho trung tâm dữ liệu: ít nhất 1/3 đến 2030, 2/3 đến 2035, và 100% đến 2050. Mẫu số chung trong cách tiếp cận này là buộc ngành công nghệ phải gắn với năng lượng tái tạo, đồng thời xây dựng cơ chế để bảo vệ người tiêu dùng phổ thông khỏi cú sốc giá điện.

Trong khi đó, Liên minh châu Âu (EU) đang xây dựng mô hình quản trị dựa trên tính minh bạch và tiêu chuẩn hóa. Theo quy định hiệu quả năng lượng trong Đạo luật Quản trị Năng lượng (EED), từ năm 2024, các trung tâm dữ liệu trên 500 kW phải báo cáo công khai mức tiêu thụ điện, tỷ lệ năng lượng tái tạo và hiệu quả làm mát.

Ở Đức, luật Energy Efficiency Act 2023 còn đặt ra yêu cầu nghiêm ngặt hơn: từ năm 2027, tất cả trung tâm dữ liệu mới phải vận hành bằng 100% năng lượng tái tạo; các trung tâm dữ liệu hiện hữu phải tăng dần tỷ lệ năng lượng sạch và đáp ứng các chỉ số hiệu quả bắt buộc.

Đây là ví dụ điển hình về việc biến tiêu chuẩn môi trường thành ràng buộc pháp lý, tạo sức ép nhưng đồng thời cũng mở đường cho đổi mới công nghệ và đầu tư vào năng lượng sạch.

HẠ TẦNG AI VÀ SÁNG KIẾN CỦA NHẬT BẢN

Trong bối cảnh dân số trong độ tuổi lao động suy giảm nhanh, Nhật Bản coi AI là công cụ chiến lược để duy trì và nâng cao năng lực cạnh tranh toàn cầu. AI không chỉ được kỳ vọng bù đắp sự thiếu hụt nhân lực thông qua tự động hóa, mà còn mở ra cơ hội tái cấu trúc nền kinh tế dựa trên năng suất cao hơn và các ngành dịch vụ giá trị gia tăng.

Đáng chú ý, Nhật Bản đặt mục tiêu xuất khẩu dịch vụ và giải pháp AI như một ngành mũi nhọn, song hành với công nghiệp ô tô và điện tử từng định hình vị thế quốc gia trong thế kỷ XX. Điều này phản ánh nỗ lực tái định vị Nhật Bản từ một “công xưởng phần cứng” sang một trung tâm dịch vụ trí tuệ toàn cầu.

Tính đến năm 2024, Nhật Bản sở hữu 219 trung tâm dữ liệu, đứng thứ 10 thế giới. Tuy nhiên, chính sự trỗi dậy của AI tạo sinh (generative AI) mới là động lực then chốt. Thị trường này dự kiến sẽ tăng gấp 15 lần vào năm 2030, kéo theo nhu cầu hạ tầng AI gấp ba lần.

Một báo cáo liên ngành còn ước tính AI có thể giải phóng tới 1,1 nghìn tỷ USD năng lực sản xuất mới, tương đương 25% GDP năm 2022. Nói cách khác, đối với một nền kinh tế đang đối mặt với đình trệ tăng trưởng và già hóa dân số, AI không chỉ là công nghệ, mà còn là một chiến lược sinh tồn quốc gia.

Tuy nhiên, sự bùng nổ của AI và các trung tâm dữ liệu tại Nhật Bản đã làm nổi bật ba sự "lệch pha" giữa nhu cầu và khả năng cung ứng năng lượng tái tạo, theo Energy Tracker.

Thứ nhất là lệch pha địa lý khi khoảng 90% trung tâm dữ liệu tập trung ở Tokyo–Osaka, trong khi phần lớn nguồn năng lượng tái tạo và hạt nhân lại phân bố ở Hokkaido và Kyushu. Khoảng cách này làm gia tăng áp lực truyền tải và hạn chế hiệu quả sử dụng tài nguyên năng lượng.

Thứ hai là lệch pha ổn định khi trung tâm dữ liệu đòi hỏi nguồn điện liên tục và đáng tin cậy, trong khi năng lượng gió và mặt trời vốn mang tính gián đoạn. Sự không tương thích này tạo ra thách thức lớn trong bảo đảm an ninh năng lượng số.

Thứ ba là lệch pha tiến độ khi một trung tâm dữ liệu thường hoàn thành trong vòng 1–2 năm, trong khi các dự án năng lượng tái tạo mất từ 1–15 năm tùy công nghệ (ngắn nhất là điện mặt trời, dài nhất là thủy điện và hạt nhân).

Khoảng trễ này làm suy yếu tính đồng bộ giữa cung và cầu, đẩy Nhật Bản vào thế phải dựa tạm vào các nguồn điện hóa thạch như than và LNG. Điều này, nếu không được điều chỉnh, có nguy cơ triệt tiêu mục tiêu khử carbon vốn được đặt ở vị trí trung tâm trong Chiến lược GX (Green Transformation).

So với Mỹ và EU, Nhật Bản mới ở giai đoạn định hình khung chiến lược nhằm dung hòa giữa bùng nổ hạ tầng AI và mục tiêu khử carbon. Trung tâm của nỗ lực này là sáng kiến Watt-Bit Collaboration dưới thời Thủ tướng Shigeru Ishiba, một khuôn khổ công–tư do Bộ Kinh tế, Thương mại và Công nghiệp (METI) cùng Bộ Nội vụ và Truyền thông (MIC) khởi xướng từ năm 2025, nhằm kết nối hạ tầng năng lượng và hạ tầng dữ liệu trên cơ sở đồng bộ hóa quy hoạch trung tâm dữ liệu với các dự án điện sạch.

Cách tiếp cận của sáng kiến được thiết kế theo ba giai đoạn. Giai đoạn ngắn hạn (2–3 năm): tập trung xây dựng trung tâm dữ liệu quanh hạ tầng điện hiện hữu và lựa chọn các “vùng chào đón” (welcome zones).

Trong trung hạn (đến 2030): đồng phát triển các cụm trung tâm dữ liệu quy mô gigawatt song hành với dự án năng lượng tái tạo quy mô lớn. Giai đoạn sau 2035: phân tán trung tâm dữ liệu khỏi khu vực đô thị, giảm tải cho lưới điện trung tâm, đồng thời phát triển hạ tầng cáp ngầm quốc tế để nâng cao vị thế Nhật Bản trong chuỗi giá trị số toàn cầu.

Tầm nhìn mà Tokyo theo đuổi là phân tán trung tâm dữ liệu khỏi các đô thị lớn như Tokyo–Osaka, đồng thời gắn chúng với các “welcome zones” tại những khu vực giàu tiềm năng tái tạo như Hokkaido và Kyushu. Watt-Bit không chỉ là chính sách năng lượng mà còn là một nỗ lực tích hợp Chuyển đổi số (DX) với Chuyển đổi xanh (GX), qua đó biến AI từ gánh nặng tiêu thụ điện thành động lực thúc đẩy năng lượng tái tạo.

Tuy nhiên, thành công của Watt-Bit Collaboration phụ thuộc vào một vấn đề mang tính nền tảng: định nghĩa thế nào là “năng lượng sạch”. Hiện tại, chính phủ Nhật sử dụng thuật ngữ “điện khử carbon” (decarbonised electricity), vốn được đưa vào các phiên đấu thầu điện dài hạn từ năm 2023.

Cách định nghĩa này bao trùm không chỉ năng lượng tái tạo như gió, mặt trời, thủy điện, mà còn mở rộng sang nhiệt điện LNG hoặc than kết hợp công nghệ thu giữ carbon (CCS), cũng như nhà máy đồng đốt hydro hoặc amoniac với nhiên liệu hóa thạch.

Vấn đề là: nếu tiếp tục duy trì cách hiểu rộng rãi này, Watt-Bit Collaboration có nguy cơ biến thành công cụ hợp pháp hóa cho nhiên liệu hóa thạch “cải tiến” hơn là một cơ chế thúc đẩy chuyển dịch triệt để sang năng lượng tái tạo.

Điều này không chỉ đi ngược với kỳ vọng của Liên Hợp Quốc về 100% năng lượng tái tạo cho trung tâm dữ liệu vào năm 2030, mà còn có thể đặt Nhật Bản vào thế đối lập với chuẩn mực khắt khe của châu Âu, nơi định nghĩa “năng lượng sạch” gần như đồng nghĩa với “năng lượng tái tạo”.