Vai trò điện than, điện hạt nhân trong phát triển các trung tâm dữ liệu ở Hoa Kỳ

Chuyển đổi từ điện than sang điện hạt nhân - Câu chuyện của Hoa Kỳ, có gợi ý cho Việt Nam? Với mục tiêu đạt mức phát thải ròng bằng 0 vào năm 2050, Bộ Năng lượng Hoa Kỳ đã tiến hành nghiên cứu, khảo sát, đánh giá việc chuyển đổi các nhà máy nhiệt điện than thành các nhà máy điện hạt nhân. Kết quả cho thấy: Hàng trăm địa điểm nhà máy nhiệt điện than của nước này có thể được chuyển đổi sang nhà máy điện hạt nhân, giúp tạo thêm việc làm mới, tăng lợi ích kinh tế và cải thiện đáng kể điều kiện môi trường.

Chuyển đổi năng lượng công bằng ở Nam Phi, Indonesia và Việt Nam - Phân tích từ Hoa Kỳ Từ sau COP26, hợp tác Đối tác chuyển đổi năng lượng công bằng (JETP) đang được ca ngợi như phương pháp nước giàu cấp tài chính cho các nước nghèo để thoát khỏi nhiên liệu hóa thạch. Nhưng TS. Sean Sweeney của Đại học Thành phố New York [*] lại có góc nhìn khác về thỏa thuận này. (Tổng hợp, lược dịch của chuyên gia Tạp chí Năng lượng Việt Nam).

Chiến lược quốc gia hydrogen: Ba trụ cột, ba mục tiêu của Hoa Kỳ, gợi ý thí điểm ở Việt Nam Hydrogen là nguồn năng lượng sạch, được đánh giá là tương lai của ngành năng lượng, vì có tiềm năng ứng dụng đa dạng trong các lĩnh vực giao thông, lưu trữ năng lượng tái tạo, cung cấp nhiệt. Tuy nhiên, một trong những rào cản chính cho sự phát triển của năng lượng hydrogen chính là chi phí sản xuất, vận chuyển, lưu trữ và phân phối cao. Do vậy, giảm chi phí các khâu sản xuất là một thách thức lớn cần được giải quyết để tăng tính cạnh tranh cho nguồn năng lượng này. (Tổng hợp của chuyên gia PECC2 và Tạp chí Năng lượng Việt Nam).

Nhu cầu điện cho các trung tâm dữ liệu ngày càng lớn:

Tạp chí Công nghệ điện Trực tuyến Mỹ (PMC) trung tuần tháng 10/2024 trích dẫn nghiên cứu của Bloomberg Intelligence cho biết: Ngành sản xuất điện của Hoa Kỳ đang xem xét nhiều cách để cung cấp đủ điện cho các trung tâm dữ liệu. Bloomberg Intelligence dự báo các trung tâm dữ liệu, các tòa nhà chứa đầy máy chủ và các thiết bị điện toán khác để lưu trữ dữ liệu, kết nối mạng hỗ trợ hoạt động cùng trí tuệ nhân tạo (AI) có thể ngốn tới 17% tổng lượng điện tiêu thụ của Hoa Kỳ vào năm 2030.

Còn theo Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE): Một trung tâm dữ liệu có thể cần lượng điện gấp 50 lần so với một tòa nhà văn phòng thông thường.

Điều này đồng nghĩa Hoa Kỳ vẫn phải tiếp tục duy trì điện than. Ngoài ra, còn phải xem xét năng lượng hạt nhân, và sử dụng lò phản ứng mô-đun nhỏ (SMR). Giới phân tích năng lượng cho biết: Khí đốt tự nhiên cho dù được dùng ở quy mô lớn, hay các nhà máy điện cao điểm, cũng sẽ rất quan trọng cho phục vụ cho mục tiêu nói trên.

Cũng qua phân tích cho thấy, mức tiêu thụ điện từ các trung tâm dữ liệu cũng có lợi cho các nhà máy điện than, một số nhà máy có thể tiếp tục được duy trì hoạt động lâu hơn dự kiến để phục vụ các tập đoàn đa phương tiện như Google, Meta, Amazon Web Services (AWS) và các công ty khác. Một số nhà máy nhiệt điện than đã được hồi phục ở những khu vực cần nhiều năng lượng hơn khi các trung tâm dữ liệu đi vào hoạt động, hoặc đang trong giai đoạn lập kế hoạch.

Chủ đề này được thảo luận giữa chính phủ và các giám đốc điều hành cấp cao của Alphabet (Google), AWS, Microsoft, Meta, Nvidia và OpenAI tại Washington, D.C. hồi tháng 9/2024. Cuộc thảo luận tìm ra cách hỗ trợ cơ sở hạ tầng cho AI, bao gồm cả các trung tâm dữ liệu. Một phần của cuộc thảo luận là về việc tái sử dụng các địa điểm khai thác than cũ thành khuôn viên trung tâm dữ liệu. DOE cho biết, họ sẽ chia sẻ các nguồn lực với các nhà phát triển trung tâm dữ liệu về cách tái sử dụng các mỏ than cũ, hoặc các nhà máy điện chạy bằng than để làm nơi đặt các trung tâm dữ liệu. Tiên phong có Energy DELTA Lab - một liên danh gồm Dominion Energy Virginia và Appalachian Power, hiện đang triển khai dự án Data Center Ridge tại một địa điểm khai thác cũ ở Quận Wise, Virginia.

Giải pháp đối với nhà máy điện chạy bằng than:

1. Kéo dài tuổi thọ:

Theo các chuyên gia năng lượng Hoa Kỳ: Do xu hướng phát triển AI sôi động, nên mức tiêu thụ điện dự kiến ​​của các trung tâm dữ liệu tại quốc gia này ​​sẽ tăng trong khoảng từ 8% đến 17% vào năm 2030, thậm chí còn cao hơn. Lý do, tiến trình công nghệ AI không phải là tuyến tính mà là theo cấp số nhân, như đã thấy ở Thung lũng Silicon.

DC Byte - một nhóm nghiên cứu có trụ sở tại Anh theo dõi các trung tâm dữ liệu trên toàn thế giới cho biết: Hoa Kỳ là quốc gia dẫn đầu thế giới về xây dựng các trung tâm dữ liệu. Chỉ riêng Virginia - nơi có khoảng một nửa số trung tâm dữ liệu của Hoa Kỳ là thị trường trung tâm dữ liệu lớn nhất trên toàn thế giới. Riêng Quận Loudoun, Virginia còn được mệnh danh là "Data Center Alley". Do có nhiều trung tâm dữ liệu nên nhu cầu tiêu thụ điện ngày càng tăng.

Với xu hướng tăng mạnh về các trung tâm dữ liệu, nên các nhà máy điện chạy bằng than sẽ vẫn là một phần của hệ thống năng lượng Hoa Kỳ trong thời gian tới, mặc dù vai trò của chúng giảm đi, khi có nhiều nguồn năng lượng khác, đặc biệt là năng lượng tái tạo được đưa vào sử dụng.

Một trong những giải pháp tình thế là kéo dài tuổi thọ nhà máy điện than như đang áp dụng tại bang Georgia. Điện hạt nhân cũng được chú trọng tương ứng - khi hai lò phản ứng của Nhà máy Vogtle ở bang này đã được đưa vào hoạt động vào năm ngoái và năm nay, cung cấp khoảng 2.200 MW sản lượng điện mới cho tiểu bang. Nhà máy Vogtle - nơi hai lò phản ứng khác đã hoạt động từ những năm 1980, hiện là nhà máy điện hạt nhân lớn nhất cả nước, với công suất phát điện hơn 4.600 MW. Ngành điện lực bang Georgia dự báo sẽ có một đợt tăng công suất lớn được phê duyệt vào năm tới, phần lớn là phục vụ cho các trung tâm dữ liệu.

Còn tại Texas người ta đưa ra nhiều giải pháp để cung ứng điện, kể cả việc phát điện tại chỗ. Texas quan tâm nhiều đến năng lượng hạt nhân và không muốn 'tái cacbon hóa' các nguồn năng lượng của mình vì các nhà máy phát điện hóa thạch cũ, kém hiệu quả. Tuy nhiên, các công ty điện và nhà điều hành lưới điện vẫn khẳng định duy trì các nhà máy điện chạy bằng than là hợp lý, ít nhất là cho đến khi có nhiều năng lượng hạt nhân, hoặc năng lượng tái tạo hơn. Đó là lý do tại sao các tiểu bang bao như Nebraska, Virginia và Utah cùng nhiều nơi khác đang có kế hoạch duy trì hoạt động của các đơn vị điện than để hỗ trợ cung cấp điện.

PJM Interconnection - đơn vị vận hành lưới điện phục vụ Virginia, quận Columbia và 12 tiểu bang khác đã thừa nhận một số nhà máy điện than sẽ cần phải tiếp tục hoạt động và phải xây dựng nhiều dặm đường dây truyền tải mới để đáp ứng nhu cầu điện ngày càng tăng.

2. Gia hạn hoạt động Nhà máy điện than Omaha:

Nhà máy North Omaha công suất 644 MW ở Nebraska đã được lên lịch đóng cửa vào năm 2023. Tuy nhiên, sự xuất hiện các trung tâm dữ liệu của Google và Meta đã khiến nhu cầu điện của khu vực này tăng đột biến. Cơ quan quản lý điện công cộng Omaha (OPPD) đã quyết định, hai cơ sở điện than tại North Omaha là cần thiết để duy trì độ tin cậy của lưới điện địa phương. OPPD cho biết, sẽ duy trì hoạt động của các đơn vị điện than ít nhất đến năm 2026.

3. Đưa các trung tâm dữ liệu đến gần nhà máy điện:

Cơ quan điện lực Georgia Power (GP) đang mua điện từ Southern Co., để giúp đáp ứng nhu cầu điện của bang. Thỏa thuận này được đưa ra sau khi các quan chức của GP dự báo nhu cầu điện ngày càng tăng và sẽ vượt quá nguồn cung vào cuối năm 2025. Các quan chức Georgia đã tích cực tìm cách thu hút các trung tâm dữ liệu và nhà máy sản xuất lại gần nhau (kể cả việc xem xét giảm thuế cho các trung tâm dữ liệu).

GP đã có thỏa thuận với Mississippi Power để mua 750 MW điện đến năm 2028. Mississippi Power đang cung cấp năng lượng từ Nhà máy phát điện Victor J. Daniel Electric (còn được gọi là Nhà máy Daniel) - nơi hai tổ máy chạy bằng than đã hoạt động trong 50 năm qua. Nhà máy này cũng có hai tổ máy chu trình hỗn hợp khí đốt tự nhiên. Đây là nhà máy điện lớn nhất của tiểu bang, với công suất phát điện gần 1,6 GW, bao gồm 500 MW từ hai tổ máy chạy bằng than. Mississippi Power đã có kế hoạch ngừng hoạt động các tua bin hơi đốt than vào năm 2027. Tuy nhiên, thoả thuận với GP có thể kéo dài vòng đời đó cho nhà máy.

4. Những nỗ lực khác:

Thứ nhất: Thúc đẩy luật. Ví dụ tại Salt Lake City, Utah - đây là một thị trường trung tâm dữ liệu đang phát triển. Meta hiện đang vận hành một khu phức hợp rộng 4,5 triệu foot vuông (đơn vị đo lường diện tích của Anh - Mỹ) tại Eagle Mountain, Utah, phía Nam Salt Lake City.

Các nhà lập pháp tiểu bang đã thúc đẩy luật để giữ cho dự án điện Intermountain - một nhà máy điện chạy bằng than gần Delta, Utah, hoạt động sau ngày đóng cửa theo lịch trình vào năm 2025. Các quan chức đã xem xét các cách để tiểu bang tiếp quản nhà máy. Các nhà lập pháp năm nay đã thông qua luật nhằm kéo dài tuổi thọ của các nhà máy điện chạy bằng than của Rocky Mountain Power tại quận Emery.

"Hoa Kỳ đang gặp phải một vấn đề thực sự. Chúng ta không có đủ điện cho các trung tâm dữ liệu của mình. Phát triển AI là công nghệ mà chúng ta phải nắm bắt và điện là chìa khóa cho công nghệ đó" - Stuart Adams - Chủ tịch Thượng viện Utah trong phiên họp lập pháp vào mùa hè năm nay nói với báo chí.

Thứ hai: Tái sử dụng các địa điểm điện than. Theo đó, sẽ tái sử dụng các địa điểm than trước đây để làm trụ sở cho các trung tâm dữ liệu, một phần vì các địa điểm đó thường có đường dây điện, nước và lực lượng lao động địa phương.

Phòng thí nghiệm quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương của DOE đang dẫn đầu chiến dịch tái phát triển “coal-to-X”, trong hướng dẫn về chương trình đã viết: “Một địa điểm than đã nghỉ hưu, thậm chí có thể được tái phát triển để kết hợp một trung tâm dữ liệu với năng lượng sạch mới tại cùng một địa điểm”.

Thứ ba: Tạo ra năng lượng tại chỗ thông qua lưới điện siêu nhỏ, hoặc thông qua nguồn năng lượng tái tạo có thể được ưu tiên hơn so với việc sử dụng nguồn điện từ than. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các nhà điều hành trung tâm dữ liệu muốn xây dựng ở những vùng xa xôi - nơi họ cần nhiều đất, nhưng thiếu cơ sở hạ tầng truyền tải.

Thứ tư: Ứng dụng các công nghệ mới nổi. Than sẽ đóng vai trò trong việc đáp ứng nhu cầu điện từ các trung tâm dữ liệu, nhưng các loại nhiên liệu khác có thể kết hợp với than để giảm tác động môi trường của việc duy trì các nhà máy điện than hoạt động.

Ví dụ, cho phép thay thế một lượng than bằng amoniac, một dẫn xuất hydro không chứa carbon, thông qua một quy trình được gọi là đốt đồng thời, có thể giúp giải quyết các mối quan ngại của công chúng về môi trường. Những tiến bộ hiện tại, đặc biệt là tiềm năng mở rộng quy mô sản xuất, có thể giúp giảm chi phí cho các cơ sở sản xuất amoniac tới 30% trở lên, biến loại hóa chất này thành giải pháp khả thi để cắt giảm khí thải từ các nhà máy điện than./.

BBT TẠP CHÍ NĂNG LƯỢNG VIỆT NAM

Link tham khảo:

https://www.powermag.com/power-demand-from-data-centers-keeping-coal-fired-plants-online/