Năng lượng hạt nhân - chìa khoá chu nhu cầu năng lượng ngày càng tăng của AI

“

Tóm tắt:
- AI đang làm tăng mạnh nhu cầu điện, đặc biệt từ các trung tâm dữ liệu sử dụng mô hình lớn như ChatGPT. IEA dự báo: Đến năm 2030, nhu cầu điện từ trung tâm dữ liệu sẽ gấp đôi, chủ yếu do AI thúc đẩy.
- Năng lượng tái tạo không đủ ổn định, trong khi năng lượng hạt nhân có thể cung cấp điện liên tục, phù hợp cho AI hiệu suất cao.
- Lý do năng lượng hạt nhân phù hợp cho AI:
+ Cung cấp điện liên tục 24/7;
+ Mật độ năng lượng cao, sử dụng ít diện tích;
+ Phát thải carbon thấp.
- Công nghệ lò phản ứng mô-đun nhỏ (SMR) linh hoạt, an toàn hơn
- Big Tech như Google, Microsoft, Amazon đang đầu tư mạnh vào hạt nhân để đảm bảo năng lượng sạch, ổn định cho AI.
- Thách thức: chi phí cao, lo ngại an toàn, phản đối từ các tổ chức môi trường.
- Kết luận: Kết hợp năng lượng hạt nhân và tái tạo là giải pháp khả thi để đáp ứng nhu cầu năng lượng bền vững cho kỷ nguyên AI.

Nhu cầu năng lượng điện của AI tăng đột biến

Hiện nay, các công ty công nghệ đang chịu áp lực phải tìm kiếm nguồn năng lượng để cung cấp cho các trung tâm dữ liệu (TTDL) - một thành phần cơ sở hạ tầng quan trọng đằng sau điện toán đám mây (ĐTĐM) và các ứng dụng AI hiện đại.

Những gã khổng lồ công nghệ đã hưởng lợi từ sự gia tăng quan tâm đến các ứng dụng AI tạo sinh như ChatGPT của OpenAI. Nhưng sự gia tăng nhu cầu đó cũng dẫn đến một tác động không mong muốn: lượng năng lượng cần thiết tăng đột biến tương ứng.

Theo Báo cáo đặc biệt của Cơ quan Năng lượng Quốc tế IEA có tên Năng lượng và AI, cung cấp phân tích toàn cầu toàn diện nhất, dựa trên dữ liệu về mối liên hệ ngày càng tăng giữa năng lượng và AI: trí tuệ nhân tạo (AI) có tiềm năng biến đổi ngành năng lượng trong thập kỷ tới, thúc đẩy nhu cầu điện tăng đột biến từ các TTDL trên toàn thế giới, đồng thời mở ra những cơ hội cộng lại, bao gồm nhôm, thép, xi măng và hóa chất.

Ở các nền kinh tế tiên tiến nói chung, các TTDL được dự đoán sẽ thúc đẩy hơn 20% mức tăng trưởng nhu cầu điện từ nay đến năm 2030, đưa ngành điện ở các nền kinh tế đó trở lại đà tăng trưởng sau nhiều năm trì trệ hoặc nhu cầu giảm ở nhiều nền kinh tế.

Trong công bố kết quả nghiên cứu tại Đại học California, Riverside, cho thấy ChatGPT tiêu thụ 500 ml nước cho mỗi 10 đến 50 lời nhắc, tùy thuộc vào thời điểm và địa điểm triển khai mô hình AI. Điều đó tương đương với lượng nước trong một chai 16 ounce tiêu chuẩn. Tính đến tháng 8/2024, theo OpenAI, có hơn 200 triệu người gửi câu hỏi trên ChatGPT mỗi tuần. Con số này gấp đôi so với 100 triệu người dùng hoạt động hàng tuần mà OpenAI báo cáo vào tháng 11/2023.

Khi việc sử dụng AI lan rộng đến mọi lĩnh vực của nền kinh tế - từ tài chính đến chăm sóc sức khỏe đến nông nghiệp - số lượng và quy mô của các TTDL sẽ chỉ tăng lên. Việc đào tạo các mô hình ngôn ngữ lớn như ChatGPT, chạy nhận dạng giọng nói theo thời gian thực hoặc hỗ trợ các hệ thống tự động đòi hỏi các TTDL lớn chứa đầy phần cứng điện toán hiệu suất cao (HPC), đặc biệt là GPU. Những cỗ máy này tiêu thụ một lượng điện khổng lồ và tỏa ra nhiều nhiệt, đồng thời cũng cần năng lượng để làm mát. Điều này tạo ra một câu hỏi quan trọng: Tất cả năng lượng này sẽ đến từ đâu?

Mối liên hệ AI và năng lượng

“AI là một trong những câu chuyện lớn nhất trong thế giới năng lượng ngày nay – nhưng cho đến nay, các nhà hoạch định chính sách và thị trường vẫn thiếu các công cụ để hiểu đầy đủ về những tác động sâu rộng này”, Giám đốc điều hành IEA Fatih Birol cho biết: “Với sự trỗi dậy của AI, ngành năng lượng đang đi đầu trong một trong những cuộc cách mạng công nghệ quan trọng nhất của thời đại chúng ta. AI là một công cụ, có khả năng là một công cụ cực kỳ mạnh mẽ, nhưng cách chúng ta sử dụng nó phụ thuộc vào chúng ta - xã hội, chính phủ và các công ty. Các nhà hoạch định chính sách và các bên liên quan khác cần 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”.

AI có thể làm gia tăng một số căng thẳng về an ninh năng lượng trong khi giúp giải quyết những căng thẳng khác. Các cuộc tấn công mạng vào các công ty năng lượng đã tăng gấp 3 lần trong 4 năm qua và trở nên tinh vi hơn vì AI. Đồng thời, AI đang trở thành một công cụ quan trọng để các công ty năng lượng chống lại các cuộc tấn công như vậy.

Ngoài ra, AI có thể thúc đẩy sự đổi mới trong các công nghệ năng lượng như pin và quang điện mặt trời; đồng thời việc giảm phát thải do AI tạo ra, nếu công nghệ này được áp dụng rộng rãi có thể bù đắp mức tăng phát thải do như cầu điện tăng đối với các TTDL.

Các quốc gia muốn hưởng lợi từ tiềm năng của AI cần nhanh chóng đẩy nhanh các khoản đầu tư mới vào sản xuất điện và lưới điện, cải thiện hiệu quả và tính linh hoạt của các TTDL, đồng thời tăng cường đối thoại giữa các nhà hoạch định chính sách, lĩnh vực công nghệ và ngành năng lượng.

Tại sao năng lượng hạt nhân là ứng viên sáng giá?

Nhiều nguồn năng lượng đa dạng sẽ được khai thác để đáp ứng nhu cầu điện ngày càng tăng của các trung tâm dữ liệu, mặc dù năng lượng tái tạo và khí đốt tự nhiên sẽ dẫn đầu do khả năng cạnh tranh về chi phí và tính sẵn có ở các thị trường chính. Nhưng chúng đi kèm với một hạn chế lớn: tính không liên tục. Mặt trời không chiếu sáng vào ban đêm và gió không phải lúc nào cũng thổi. Mặc dù lưu trữ pin có thể giúp ích một phần, nhưng các công nghệ hiện tại vẫn chưa hỗ trợ được nhu cầu năng lượng liên tục, dung lượng cao của cơ sở hạ tầng AI.

Điều này đặc biệt đúng đối với các TTDL siêu lớn và các cụm đào tạo AI phải chạy liên tục. Các hệ thống này không thể chịu được tình trạng mất điện hoặc thậm chí là sự sụt giảm nhỏ trong nguồn cung cấp điện.

Sự xuất hiện của AI và nhu cầu năng lượng khổng lồ của nó đã làm sáng tỏ tầm quan trọng của năng lượng hạt nhân. Việc các công ty công nghệ lớn như Microsoft, Google và Amazon đã và đang tìm cách chuyển sang sử dụng năng lượng hạt nhân, như một phần trong chiến lược năng lượng dài hạn để cung cấp năng lượng cho các TTDL, cần thiết để đào tạo và vận hành các mô hình AI khổng lồ đằng sau các ứng dụng AI tạo sinh - là một bước phát triển lớn.

Các nhà máy điện hạt nhân liên tục tạo ra lượng điện lớn, khiến chúng trở thành ứng cử viên sáng giá để cung cấp điện tải cơ bản mà các hệ thống AI cần. Sau đây là một số lý do chính tại sao nguồn năng lượng này có thể đóng vai trò quan trọng:

1. Nguồn điện luôn bật

Không giống như năng lượng mặt trời hay gió, năng lượng hạt nhân không phụ thuộc vào thời tiết. Nó cung cấp điện liên tục, 24/7, 365 ngày một năm. Độ tin cậy này làm cho nó trở nên lý tưởng cho các TTDL không thể chịu được sự gián đoạn.

2. Mật độ năng lượng cao

Nguồn năng lượng này cực kỳ hiệu quả. Một lượng nhỏ uranium có thể sản xuất nhiều điện hơn nhiều so với lượng điện tương đương trong than, khí đốt hoặc thậm chí là tấm pin mặt trời.

Điều này có nghĩa là các nhà máy điện hạt nhân có thể tạo ra rất nhiều điện bằng cách sử dụng tương đối ít đất - điều này rất quan trọng khi các TTDL mở rộng.

3. Lượng khí thải carbon thấp

Nguồn điện này hầu như không tạo ra khí thải nhà kính trong quá trình vận hành. Khi các chính phủ và công ty cam kết đạt mục tiêu phát thải ròng bằng 0, năng lượng hạt nhân cung cấp một giải pháp đáp ứng nhu cầu năng lượng ngày càng tăng mà không làm tăng lượng khí thải carbon.

4. Công nghệ hạt nhân thế hệ tiếp theo

Những phát triển mới trong công nghệ hạt nhân đang làm cho nó an toàn hơn, nhỏ hơn và linh hoạt hơn. SMR cung cấp năng lượng linh hoạt, đáng tin cậy và không phát thải carbon, có thể triển khai gần các TTDL hơn, giúp giảm tổn thất truyền tải và cải thiện an ninh năng lượng. Triển khai SMR nhanh hơn và rẻ hơn so với các nhà máy điện hạt nhân truyền thống.

Theo S&P Global Commodity Insights, các công ty này đã đảm bảo hơn 84 gigawatt (GW) năng lượng sạch trên 29 thị trường trên toàn thế giới. Với nhu cầu ngày càng tăng đối với các dịch vụ đám mây và AI, các công ty này cũng đang thực hiện các bước để đảm bảo năng lượng của họ đến từ các nguồn sạch. Sự gia tăng năng lượng hạt nhân là một sự thay đổi lớn, vì các công ty này hiện sử dụng nó để cung cấp năng lượng liên tục, không phát thải carbon. Năng lượng mặt trời và gió không phải lúc nào cũng có thể sản xuất điện khi cần, vì vậy các công ty đang tìm kiếm những cách khác để đảm bảo họ có nguồn cung cấp năng lượng sạch ổn định.

Ngoài các nhà máy điện hạt nhân truyền thống, các công ty này đang ngày càng quan tâm đến các lò phản ứng mô-đun nhỏ (SMR) như một nguồn năng lượng trong tương lai cho các TTDL. Không chỉ tiêu thụ năng lượng, những gã khổng lồ công nghệ này đang cung cấp một "khuôn mẫu” và “khung” cho việc xây dựng và tài trợ cho các lò phản ứng mô-đun nhỏ (SMR).

Google cho biết họ sẽ mua điện từ Kairos Power, một công ty phát triển lò phản ứng mô-đun nhỏ, để giúp “thúc đẩy tiến trình AI”. Michael Terrell, Giám đốc cấp cao về năng lượng và khí hậu tại Google, cho biết: “Lưới điện cần những nguồn năng lượng sạch và đáng tin cậy như thế này để có thể hỗ trợ việc phát triển các công nghệ này. Chúng tôi cảm thấy rằng năng lượng hạt nhân có thể đóng vai trò quan trọng trong việc đáp ứng nhu cầu và đáp ứng nhu cầu một cách sạch sẽ, theo cách liên tục hơn”.

Gã khổng lồ công nghệ này không phải là công ty duy nhất tìm đến năng lượng hạt nhân để hiện thực hóa tham vọng AI của mình. Microsoft đã ký thỏa thuận với công ty năng lượng Constellation của Hoa Kỳ để khôi phục lại một lò phản ứng ngừng hoạt động tại nhà máy điện hạt nhân Three Mile Island ở Pennsylvania, nơi lò phản ứng đã ngừng hoạt động trong 5 năm.

Trong khi đó, Amazon cũng đã công bố khoản đầu tư lớn vào hạt nhân, một thỏa thuận trị giá 500 triệu USD với Dominion Energy để tìm hiểu về việc phát triển một lò phản ứng hạt nhân mô-đun nhỏ gần nhà máy điện hạt nhân North Anna của công ty này.

Những thách thức phía trước

Năng lượng hạt nhân không phải là không có tranh cãi. Nhiều nhà hoạt động vì khí hậu phản đối nguồn cung cấp như vậy, viện dẫn những rủi ro nguy hiểm về môi trường và an toàn, và thực tế là chúng không cung cấp nguồn năng lượng tái tạo thực sự.

Tổ chức từ thiện về khí hậu Greenpeace cho biết trên trang web của mình rằng: “Năng lượng hạt nhân cực kỳ tốn kém, nguy hiểm và chậm xây dựng. Nó thường được gọi là năng lượng “sạch” vì nó không tạo ra carbon dioxide hoặc các khí nhà kính khác khi tạo ra điện nhưng thực tế là nó không phải là giải pháp thay thế khả thi cho các nguồn năng lượng tái tạo”. Ngược lại, những người ủng hộ năng lượng hạt nhân cho rằng nó cung cấp nguồn điện gần như không có carbon và đáng tin cậy hơn các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời và gió.

Rosanne Kincaid-Smith, Giám đốc điều hành của Northern Data Group, một nhà cung cấp TTDL toàn cầu, cho biết: “Nếu được xây dựng và bảo mật theo đúng cách, tôi nghĩ hạt nhân sẽ là tương lai”. Kincaid-Smith nói thêm: “Mọi người sợ hạt nhân vì những thảm họa mà chúng ta đã trải qua trong quá khứ. Nhưng điều sắp tới là tôi không thấy lưới điện truyền thống là nguồn năng lượng bền vững đang diễn ra trong quá trình phát triển AI”.

Mặc dù Northern Data Group không sử dụng năng lượng hạt nhân - cũng không tích cực tìm hiểu các kế hoạch sử dụng hạt nhân làm nguồn năng lượng cho các TTDL AI của mình - nhưng công ty này muốn “góp phần vào cuộc thảo luận đó vì điều đó quan trọng đối với hệ sinh thái rộng lớn hơn, nền kinh tế rộng lớn hơn”.

Kết luận

AI đang định hình lại các ngành công nghiệp và xã hội - nhưng để thực hiện lời hứa của mình, nó cần một xương sống năng lượng ổn định và bền vững. Năng lượng hạt nhân, với độ tin cậy, hiệu quả và sản lượng sạch, có thể là một phần quan trọng của câu đố đó. Thế giới đang thức tỉnh trước nhu cầu về năng lượng hạt nhân trong cuộc chiến chống biến đổi khí hậu. Các chính phủ và tập đoàn ngày càng liên kết với nhau trong việc theo đuổi nguồn năng lượng cơ bản không phát thải carbon này.

Mặc dù không có nguồn năng lượng duy nhất nào có thể giải quyết được mọi vấn đề của chúng ta, nhưng việc kết hợp năng lượng tái tạo với năng lượng hạt nhân có thể chỉ là một cách thông minh để thúc đẩy cuộc cách mạng AI.

“

Tài liệu tham khảo:
1. https://www.rcrwireless.com/20250429/ai-ml/nuclear-
energy-ai-power
2. https://www.iea.org/news/ai-is-set-to-drive-surging-
electricity-demand-from-data-centres-while-offering-the-
potential-to-transform-how-the-energy-sector-works
3. https://www.cnbc.com/2024/10/15/big-tech-turns-to-
nuclear-energy-to-fuel-power-intensive-ai-ambitions.html
4. https://www.cruxinvestor.com/posts/the-future-of-nuclear-
energy-ai-investment-trends
5. https://carboncredits.com/big-techs-clean-energy-rush-to-
power-the-ai-era-with-nuclear-boosting-growth/

(Bài viết đăng ấn phẩm in Tạp chí TT&TT số 5 tháng 5/2025)