AI làm tăng nhu cầu điện, nhiều nhà máy điện dự phòng huy động trở lại

AI tác động cán cân cung - cầu điện năng

Sự bùng nổ của trí tuệ nhân tạo đang tạo ra một làn sóng nhu cầu điện năng chưa từng có, đặc biệt tại Mỹ, nơi tập trung mật độ lớn các trung tâm dữ liệu phục vụ cho các tập đoàn công nghệ toàn cầu. Những trung tâm dữ liệu này, vốn cần nguồn điện ổn định với công suất lớn và vận hành liên tục, đang tạo áp lực ngày càng rõ rệt lên hệ thống lưới điện hiện hữu.

Tại thị trường điện lớn nhất nước Mỹ, tổ chức truyền tải điện PJM Interconnection, nơi bao phủ 13 bang và cũng là khu vực có nhiều trung tâm dữ liệu nhất thế giới, nhu cầu điện từ các cơ sở phục vụ AI đã vượt quá nguồn cung sẵn có. 

Điều này khiến giá điện tăng mạnh và làm dấy lên lo ngại về nguy cơ thiếu hụt điện trong những thời điểm nhu cầu cao điểm, đặc biệt vào mùa hè nắng nóng hoặc mùa đông khắc nghiệt.

Từ tình thế này, nhiều nhà máy điện từng được lên kế hoạch đóng cửa hoặc chỉ vận hành cầm chừng đã bất ngờ được “gọi tên” trở lại. Tiêu biểu là nhà máy điện Fisk tại khu Pilsen, Chicago. Nhà máy này gồm tám tổ máy chạy đỉnh (peaker), sử dụng dầu mỏ, vốn dự kiến ngừng hoạt động trong thời gian tới. Tuy nhiên, trước nhu cầu điện gia tăng nhanh chóng từ các trung tâm dữ liệu, chủ sở hữu NRG Energy đã rút lại kế hoạch đóng cửa, cho rằng việc duy trì vận hành hiện nay là hợp lý về mặt kinh tế.

Các nhà máy như trên được thiết kế để vận hành trong thời gian ngắn, khi nhu cầu điện tăng đột biến. Chúng đóng vai trò như một “van an toàn” cho hệ thống điện, giúp tránh mất điện trên diện rộng bằng cách cung cấp công suất gần như tức thời. Theo Văn phòng Trách nhiệm Chính phủ Mỹ (GAO), dù chỉ đóng góp khoảng 3% sản lượng điện toàn quốc, các nhà máy chạy đỉnh lại chiếm tới 19% tổng công suất thiết kế, một nguồn dự phòng đáng kể trong những giai đoạn căng thẳng của lưới điện.

Phân tích cho thấy khoảng 60% số nhà máy điện dầu, khí và than dự kiến ngừng hoạt động tại khu vực PJM đã hoãn hoặc hủy kế hoạch đóng cửa trong năm nay, phần lớn là các nhà máy chạy đỉnh. Giá điện tăng mạnh, cùng với các khoản chi trả để đảm bảo nguồn cung trong giờ cao điểm tăng hơn 800% so với cùng kỳ năm trước, đã khiến việc duy trì các tổ máy này trở nên hấp dẫn hơn về mặt tài chính.

Từ góc độ vận hành hệ thống, các đơn vị quản lý lưới điện cho rằng đây là giải pháp thực tế trong ngắn hạn. Khi nhu cầu điện đang vượt nguồn cung, việc loại bỏ các nguồn phát điện hiện hữu có thể làm trầm trọng thêm nguy cơ mất điện, đặc biệt trong bối cảnh các nguồn năng lượng tái tạo như gió và mặt trời phụ thuộc nhiều vào điều kiện thời tiết.

Cân bằng giữa an ninh năng lượng và chuyển dịch bền vững

Dù đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an ninh điện năng, các nhà máy chạy đỉnh cũng đặt ra những câu hỏi về tác động môi trường và định hướng dài hạn của hệ thống năng lượng. Do được thiết kế ưu tiên khả năng khởi động nhanh thay vì hiệu suất, nhiều nhà máy chạy đỉnh có công nghệ cũ, thiếu các hệ thống kiểm soát ô nhiễm hiện đại và phát thải nhiều hơn so với các nhà máy vận hành liên tục.

Trường hợp nhà máy Fisk cho thấy một bức tranh hai mặt. Sau khi nhà máy điện than tại đây đóng cửa hơn một thập kỷ trước, mức độ ô nhiễm tại khu vực đã giảm đáng kể. Tuy nhiên, các tổ máy chạy đỉnh vẫn tiếp tục phát thải sulfur dioxide mỗi khi được huy động. Theo số liệu của Cơ quan Bảo vệ Môi trường Mỹ, lượng phát thải này không lớn so với thời kỳ nhà máy than hoạt động, nhưng vẫn đủ để gây lo ngại đối với các cộng đồng dân cư sống gần khu vực.

Các nghiên cứu cho thấy các nhà máy chạy đỉnh có xu hướng tập trung nhiều hơn tại các khu vực thu nhập thấp và cộng đồng người da màu. Điều này khiến vấn đề vận hành kéo dài các tổ máy cũ không chỉ là bài toán kỹ thuật hay kinh tế, mà còn liên quan đến công bằng môi trường và chất lượng sống của người dân địa phương.

Tuy vậy, ngay cả các nhà phê bình cũng thừa nhận rằng trong ngắn hạn, hệ thống điện Mỹ khó có thể vận hành ổn định nếu thiếu các nguồn dự phòng này. Đại diện NRG Energy cho rằng các nhà máy chạy đỉnh là “tuyến phòng thủ cuối cùng” của lưới điện, không chỉ để phục vụ trung tâm dữ liệu AI mà còn đáp ứng quá trình điện khí hóa trong sản xuất và giao thông, cũng như ứng phó với thời tiết cực đoan ngày càng gia tăng.

Về dài hạn, các chuyên gia năng lượng cho rằng có những hướng đi khác để giảm dần sự phụ thuộc vào các nhà máy chạy đỉnh. Một trong số đó là đầu tư mạnh hơn vào hạ tầng truyền tải, cho phép đưa điện từ những khu vực dư thừa sang những nơi thiếu hụt. Bên cạnh đó, công nghệ pin lưu trữ, dù chưa thể thay thế hoàn toàn trong ngắn hạn, đang được cải thiện để có thể tích trữ điện lâu hơn và phát huy vai trò cân bằng lưới điện trong tương lai.

Các đơn vị quản lý lưới điện như PJM khẳng định vẫn tiếp tục kết nối các nguồn điện mới, bao gồm năng lượng tái tạo không phát thải carbon, điện hạt nhân và điện khí. Tuy nhiên, họ cũng nhấn mạnh rằng trong giai đoạn hiện nay, mọi nguồn công suất đều có giá trị khi nhu cầu điện đang tăng nhanh hơn tốc độ bổ sung nguồn mới.

Sự phát triển của AI và các trung tâm dữ liệu đang đặt hệ thống năng lượng trước một bước ngoặt mới. Câu chuyện các nhà máy chạy đỉnh quay trở lại không chỉ phản ánh áp lực ngắn hạn của nhu cầu điện, mà còn cho thấy thách thức trong việc cân bằng giữa an ninh năng lượng, chi phí, môi trường và mục tiêu chuyển dịch bền vững. Theo đó, đòi hỏi các quyết sách linh hoạt trong hiện tại, đồng thời không làm chệch hướng những mục tiêu dài hạn của ngành năng lượng.