Sự bùng nổ của trí tuệ nhân tạo (AI) đã mở ra một kỷ nguyên tăng trưởng chưa từng có cho ngành công nghệ, nhưng đồng thời cũng đẩy hệ thống năng lượng – vốn đã chịu nhiều áp lực – vào tình thế báo động. Trong khi các mô hình AI ngày càng mạnh và yêu cầu nhiều tính toán hơn, các trung tâm dữ liệu đứng sau chúng lại phải đối mặt với vấn đề căn bản nhất: thiếu điện. Đây không chỉ là câu chuyện của công nghệ, mà là thách thức mang tính hạ tầng, kinh tế, xã hội và địa chính trị.
Nhiều chuyên gia gọi đây là “nút thắt lớn nhất quyết định tương lai của AI”, vì không có đủ điện, toàn bộ tham vọng về mô hình lớn, điện toán đám mây, hay ứng dụng AI vào đời sống và sản xuất sẽ bị chậm lại đáng kể. Các dữ liệu gần đây từ Mỹ – thị trường trung tâm dữ liệu lớn nhất thế giới – cho thấy sự thiếu hụt này đang diễn ra rõ rệt và lan rộng, kéo theo giá điện tăng, hạ tầng truyền tải quá tải, cùng sự phản đối mạnh mẽ của các cộng đồng địa phương.
Vấn đề không còn nằm ở việc điện đắt hay rẻ, mà là có điện hay không.
Khi nhu cầu AI vượt xa khả năng cấp điện
Nhiều năm trước đây, mức tiêu thụ điện của trung tâm dữ liệu đã tăng ổn định cùng với sự phát triển của internet, dịch vụ lưu trữ đám mây và thương mại điện tử. Nhưng bước nhảy vọt của AI kể từ sau năm 2022 đã đẩy biểu đồ nhu cầu điện lên một bậc hoàn toàn mới.
Tại Mỹ, mức tiêu thụ điện của trung tâm dữ liệu được dự báo tăng 130% vào năm 2030 so với 2024, lên 425 triệu MWh vào năm 2030. Điều này đồng nghĩa gần một nửa mức tăng nhu cầu điện của cả nước trong giai đoạn này đến từ riêng ngành trung tâm dữ liệu. Theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), đến cuối thập kỷ này, nước Mỹ có thể dùng nhiều điện để xử lý dữ liệu hơn toàn bộ ngành sản xuất thép, xi măng và nhôm cộng lại – những ngành vốn được coi là “ngốn điện” nhất nền kinh tế.
Trung Quốc cũng chứng kiến xu hướng tương tự. Nhu cầu điện cho trung tâm dữ liệu của nước này dự kiến tăng 170% lên 277 triệu MWh vào năm 2030. Dù Mỹ và Trung Quốc dẫn đầu, toàn cầu cũng đang chuẩn bị vượt mốc 945 triệu MWh điện tiêu thụ cho trung tâm dữ liệu vào năm 2030 – hơn gấp đôi mức năm 2024.
Sự tăng trưởng này chưa hẳn là vấn đề nếu như năng lượng có thể mở rộng tương ứng. Tuy nhiên, điều nghịch lý đang xảy ra là hạ tầng năng lượng không đủ khả năng đáp ứng tốc độ bùng nổ đó. Nhiều khu vực ở Mỹ giờ đây không thể cấp thêm điện cho các dự án mới dù doanh nghiệp đã sẵn sàng rót hàng tỷ USD. Nhiều dự án trung tâm dữ liệu đang nằm chờ dang dở chỉ vì… chưa có điện để đấu nối.
Nhu cầu đặt trung tâm dữ liệu gần khu dân cư càng khiến việc phân bổ trở nên khó khăn hơn. Những trung tâm nhỏ, phục vụ tác vụ AI cho người dùng trong khu vực, phải được đặt gần các thành phố lớn nhằm giảm độ trễ mạng. Song chính các đô thị lớn lại đang thiếu điện trầm trọng. California là ví dụ điển hình: nhiều dự án hoàn thiện nhưng không thể vận hành vì lưới điện bão hòa.
Hạ tầng điện lưới đang là “điểm nghẽn lớn nhất” của kỷ nguyên AI
IEA và nhiều chuyên gia năng lượng đều cảnh báo rằng vấn đề không chỉ đến từ nguồn phát điện thấp hơn nhu cầu, mà còn từ hạ tầng truyền tải đã quá lỗi thời. Lưới điện Mỹ được xây dựng cho thế kỷ 20, không phải cho thời kỳ điện toán tiêu thụ hàng trăm megawatt tại một điểm.
Xây dựng đường dây truyền tải mới là quá trình kéo dài nhiều năm và luôn gặp rào cản: quy hoạch chậm, thủ tục cấp phép phức tạp, phản đối của địa phương vì lo ngại đường dây chạy qua đất đai hoặc ảnh hưởng cảnh quan. Trong khi đó, việc tăng nguồn phát điện mới – kể cả năng lượng tái tạo – cũng không thể diễn ra nhanh.
Các nhà máy khí tự nhiên trở thành lựa chọn “vừa vặn” nhất cho nhu cầu cấp điện nền cho trung tâm dữ liệu. Chúng có thể xây nhanh hơn nhà máy hạt nhân và ổn định hơn điện gió – mặt trời. Nhưng sau hơn một thập kỷ ít xây mới, chuỗi cung ứng turbine khí cũng đang thiếu hụt, khiến thời gian triển khai chậm đi. Nhu cầu tăng quá nhanh khiến thị trường turbine không kịp đáp ứng, thậm chí dẫn đến điều nực cười không tưởng là sử dụng động cơ turbine cũ của máy bay cho một số dự án phát điện khí.
Kết quả là thời gian chờ đấu nối lên lưới kéo dài nhiều năm. Goldman Sachs ước tính rằng đến cuối thập kỷ, AI có thể chiếm 9% tổng nhu cầu điện Mỹ, đẩy lưới điện vào tình trạng liên tục chịu áp lực.
“Cơn sốt trung tâm dữ liệu” lan rộng và phản ứng dữ dội của cư dân địa phương
Không chỉ điện, nước làm mát cũng đang trở thành nguyên nhân gây tranh cãi. Nhiều trung tâm dữ liệu lớn có thể dùng lượng nước bằng cả một thị trấn. Một trung tâm dữ liệu AI điển hình tiêu thụ tương đương mức điện của 100.000 hộ gia đình; các siêu trung tâm đang xây dựng thậm chí lớn gấp 20 lần con số đó. Hàng chục triệu mét khối nước mỗi năm được dùng cho hệ thống làm mát – và điều này khiến cộng đồng địa phương quan ngại sâu sắc.
Dan Diorio, phó chủ tịch chính sách bang tại Data Center Coalition, một nhóm ngành, cho biết các công ty đang nỗ lực giảm lượng nước tiêu thụ. Trong khi một số trung tâm dữ liệu sử dụng hệ thống làm mát bằng bay hơi, trong đó nước bị mất dưới dạng hơi nước, những cơ sở khác dùng hệ thống tuần hoàn kín tiết kiệm nước. Một trung tâm dữ liệu của Google ở Georgia sử dụng nước thải đã xử lý để làm mát và sau đó trả lại sông Chattahoochee, Diorio nói. Ngoài ra, đang có xu hướng phát triển các hệ thống làm mát không cần nước.
Franklin, Indiana, là một ví dụ rõ nét. Google từng đề xuất xây dựng khu trung tâm dữ liệu rộng 182 hecta, nhưng người dân phản đối vì sợ mất nước, tăng tiếng ồn và ít lợi ích địa phương. Cuối cùng, dự án bị rút lại trong tiếng reo hò của cư dân.
Tại Georgia, một số gia đình phải khoan sâu hơn để lấy nước sạch sau khi trung tâm dữ liệu gần đó đi vào hoạt động. Ở Arizona – nơi nguồn nước vốn khan hiếm – chính quyền đã phải hạn chế cung cấp nước cho các cơ sở tiêu thụ lớn, bao gồm trung tâm dữ liệu.
Tuy nhiên, “đó là sự cân bằng giữa nước và điện,” Diorio nói. “Nếu bạn dùng nhiều điện để làm mát, bạn sẽ dùng ít nước hơn. Nếu bạn dùng nhiều nước, bạn sẽ dùng ít điện hơn.”
Điện và nước – hai tài nguyên cốt lõi – đang trở thành tâm điểm của các cuộc tranh luận về trung tâm dữ liệu tại Mỹ.
Căng thẳng gia tăng: Ai thực sự trả tiền cho chi phí điện khổng lồ?
Ở nhiều bang Mỹ, chi phí nâng cấp lưới điện để đáp ứng nhu cầu trung tâm dữ liệu đang đổ lên hóa đơn của người dân. Maryland và Washington DC là hai nơi sớm cảm nhận rõ điều này. Giá điện tăng dù nhu cầu sinh hoạt không đổi, vì chi phí truyền tải và đảm bảo nguồn cung được phân bổ vào “phí cung cấp điện”.
Bộ Năng lượng Mỹ dự báo rằng chỉ riêng chi phí điện cho trung tâm dữ liệu có thể chiếm tới 12% tổng điện năng Mỹ vào năm 2028. Điều này buộc các bang phải quyết định ai sẽ là người trả hóa đơn nâng cấp hạ tầng: doanh nghiệp hay người dân.
Ở Ohio, các dự thảo yêu cầu doanh nghiệp trả phần lớn chi phí đã bị Big Tech phản đối. Nhưng tại Virginia, nơi có cụm trung tâm dữ liệu lớn nhất thế giới, Microsoft và Google lại tuyên bố họ đã tự trả chi phí của mình và ủng hộ việc bảo vệ người tiêu dùng.
Sự khác biệt trong cách tiếp cận này phản ánh một bức tranh lớn hơn: trung tâm dữ liệu đang trở thành một vấn đề chính trị – kinh tế liên bang, nơi các bang vừa muốn thu hút đầu tư, vừa phải bảo vệ cử tri khỏi hóa đơn điện tăng.
Năng lượng tái tạo: Lời hứa còn nhiều khoảng trống
Năng lượng tái tạo được kỳ vọng là giải pháp sạch và rẻ để cung cấp điện cho trung tâm dữ liệu. Tuy nhiên, chúng có giới hạn lớn: không phát điện 24/7. Các trung tâm dữ liệu AI lại cần điện nền (baseload) ổn định, không gián đoạn. Pin lưu trữ quy mô lớn có thể giúp giảm biến động, nhưng chưa đủ đột phá để đáp ứng mức tiêu thụ hàng trăm megawatt liên tục.
Chính quyền Mỹ hiện nay cũng bộc lộ mâu thuẫn: muốn tăng tốc trung tâm dữ liệu nhưng lại hạn chế các dự án năng lượng tái tạo – một lựa chọn phổ biến của ngành công nghệ. Nhà Trắng nhấn mạnh cần dựa vào khí tự nhiên và hạt nhân thay vì “nguồn năng lượng không đáng tin cậy, phải trợ cấp lớn để vận hành”, ý nói nguồn năng lượng tái tạo.
Sự tăng trưởng nhu cầu điện do các trung tâm dữ liệu AI tại Mỹ tạo ra có khả năng thúc đẩy một “chu kỳ bùng nổ” cho lĩnh vực lưu trữ năng lượng trong 5 năm tới, khi hệ thống cần nhiều lưu trữ hơn để làm phẳng những biến động từ nguồn điện gió và mặt trời, theo UBS Securities.
Nhu cầu lưu trữ năng lượng toàn cầu có thể tăng 40% mỗi năm vào năm 2026, nhà phân tích Yan Yishu của UBS Securities trụ sở tại Hong Kong cho biết trong một buổi họp báo ngày thứ Tư tuần này.
“Nhu cầu đối với các trung tâm dữ liệu AI ở Mỹ đang rất mạnh, nhưng điện năng lại là nút thắt lớn nhất.” Năng lượng tái tạo là phân khúc phát điện duy nhất dự kiến tăng trưởng đáng kể ở Mỹ trong 5 năm tới, và vì đây là nguồn điện không liên tục, lưới điện cần thêm pin để lưu trữ lượng điện đó.
Dù vậy, chính các nhà phân tích năng lượng cũng cho rằng không có công nghệ nào hiện nay có thể kịp thời mở rộng quy mô theo tốc độ mà thị trường AI đòi hỏi. Cả khí, hạt nhân, gió và mặt trời đều thiếu thời gian triển khai nhanh.
Sự bùng nổ trung tâm dữ liệu diễn ra trong bối cảnh công chúng ngày càng lo ngại về tính minh bạch của Big Tech. Nhiều công ty không công khai mức tiêu thụ nước hoặc điện của họ, khiến cư dân địa phương cảm thấy bị bỏ rơi khi muốn đánh giá tác động của dự án.
Các nhà nghiên cứu cảnh báo rằng ô nhiễm khí nhà kính từ các nhà máy điện cung cấp cho trung tâm dữ liệu có thể tăng gấp đôi vào năm 2035 nếu không có giải pháp kiểm soát. Điều này đi ngược lại cam kết phát thải ròng bằng 0 mà nhiều tập đoàn công nghệ tuyên bố.
Lựa chọn nào cho tương lai?
Cơn sốt trung tâm dữ liệu mới chỉ ở giai đoạn đầu, theo đánh giá của các ngân hàng trung ương Mỹ. Đầu tư vào cơ sở hạ tầng AI có thể vượt 500 tỷ USD trong vài năm tới. Nếu không giải quyết được bài toán điện và nước, các khu vực Mỹ sẽ đối mặt với cảnh phát triển lệch lạc: nơi nào có điện sẽ thu hút trung tâm dữ liệu, nơi nào thiếu sẽ bị bỏ lại.
Trong khi công nghệ AI hứa hẹn tạo ra những thay đổi sâu rộng trong y tế, năng lượng, giáo dục, giao thông… thì năng lực hạ tầng vẫn là yếu tố quyết định liệu những lời hứa đó có thành hiện thực hay không.
Sự thiếu hụt điện năng đang trở thành một vấn đề mang tính hệ thống: nó chậm, đắt đỏ, phụ thuộc chính trị, vấp phải phản đối của cộng đồng và không thể mở rộng với tốc độ mà thị trường AI đang yêu cầu.
Tại thời điểm này, cuộc chạy đua AI không chỉ diễn ra trên bàn phím hay trong phòng thí nghiệm, mà ngay dưới mặt đất – nơi lưới điện và ống dẫn nước quyết định khả năng mở rộng của toàn ngành.
Một trung tâm dữ liệu của Microsoft tại Aldie, Virginia. Ảnh: Bloomberg
Các đường dây truyền tải và cơ sở hạ tầng điện nằm cạnh một công trường xây dựng trung tâm dữ liệu Amazon Web Services tại Hilliard, Ohio. Ảnh: Bloomberg
Một trung tâm dữ liệu Amazon Web Services tại Ashburn, Virginia. Ảnh: Bloomberg
Một góc nhìn từ trên không cho thấy nhà máy điện hạt nhân với một lò phản ứng duy nhất của Clinton Clean Energy Center thuộc Constellation tại Illinois. Meta gần đây đã ký hợp đồng mua điện 20 năm với Constellation cho sản lượng từ nhà máy này. Ảnh: Getty Images
