Tiêu chuẩn hoá hiệu quả năng lượng trung tâm dữ liệu: Góc nhìn từ IEC hướng tới SG7

Áp lực năng lượng và nước từ sự bùng nổ AI

Theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), một truy vấn AI tiêu tốn điện năng gấp khoảng mười lần một truy vấn tìm kiếm thông thường (2,9 Wh so với 0,3 Wh). Khi nhân con số này với khối lượng dữ liệu khổng lồ mà các tập đoàn công nghệ và start-up đang xử lý để phát triển AI ở quy mô công nghiệp, có thể thấy cuộc đua AI toàn cầu thực chất cũng là cuộc đua năng lượng.

IEA dự báo mức tiêu thụ điện của các trung tâm dữ liệu sẽ tăng nhanh gấp hơn bốn lần so với tổng mức tăng của tất cả các ngành khác từ nay đến năm 2030; riêng tại Mỹ, theo tính toán của Viện Nghiên cứu Điện lực (EPRI), con số này có thể chiếm tới 17 % tổng lượng điện quốc gia. Nhiều dự án trung tâm dữ liệu quy mô gigawatt (GW) đang được xây dựng tại Ấn Độ, Ả-rập Xê-út (Riyadh) và Mỹ (Louisiana).

Đi kèm áp lực điện năng là áp lực lên nguồn nước dùng để làm mát thiết bị - một cơ sở công suất 40 MW có thể tiêu thụ hơn 1 triệu tấn nước mỗi năm. Diễn đàn Kinh tế Thế giới cảnh báo nguy cơ khan hiếm nước tại nhiều khu vực, trong đó một phần ba số trung tâm dữ liệu đang xây dựng hiện nay được dự báo sẽ đối mặt với tình trạng này trong hai thập kỷ tới. Phát thải CO₂ từ các cơ sở quy mô lớn cũng đang thúc đẩy yêu cầu, tại một số quốc gia như Australia và các nước EU, buộc nhà vận hành đầu tư vào năng lượng tái tạo, hạt nhân và tái sử dụng nhiệt thải.

Vai trò của tiêu chuẩn hóa trong tối ưu hiệu quả năng lượng

Ông Philippe Vollet, Thư ký Tiểu ban IEC SC 23K kiêm Chủ tịch Ủy ban Cố vấn IEC về Hiệu quả Năng lượng (ACEE) nhấn mạnh xu hướng chuyển từ tối ưu từng thiết bị riêng lẻ sang tối ưu toàn hệ thống. Vị trí địa lý và khí hậu được xem là yếu tố quyết định hàng đầu, do làm mát chiếm tới 30%-50% tổng tiêu thụ năng lượng của một trung tâm dữ liệu; đồng thời vị trí cũng quyết định cường độ carbon của nguồn điện sử dụng, tùy theo cơ cấu điện năng của từng quốc gia. Khoảng cách tới điểm đấu nối lưới điện cũng là một biến số quan trọng cần tính đến khi quy hoạch.

Về công nghệ, làm mát bằng không khí truyền thống đang chạm giới hạn ở mức khoảng 40 kW/tủ rack, buộc ngành chuyển dần sang làm mát bằng chất lỏng và làm mát ngâm (immersion cooling) - trong đó linh kiện được nhúng trực tiếp trong chất lỏng điện môi. Đây được đánh giá là giải pháp tản nhiệt hiệu quả nhất hiện nay, dù việc áp dụng rộng rãi đòi hỏi các tiêu chuẩn an toàn và hiệu năng cập nhật hơn.

Ảnh minh hoạ.

Hệ thống IECEE - cơ chế đánh giá sự phù hợp đa phương của IEC dựa trên hơn 3.000 tiêu chuẩn quốc tế - đóng vai trò công cụ then chốt, cung cấp dịch vụ thử nghiệm và chứng nhận bởi bên thứ ba cho thiết bị điện - điện tử. Chương trình Hiệu quả Năng lượng Điện (E3) trực thuộc IECEE là phương pháp tiếp cận chuẩn hóa toàn cầu để xác nhận hiệu quả năng lượng thiết bị theo Tiêu chuẩn Quốc tế IEC.

Tái sử dụng nhiệt thải và tối ưu kiến trúc điện

Một hướng đi đáng chú ý là thu hồi nhiệt thải từ trung tâm dữ liệu để cấp cho mạng lưới sưởi ấm khu vực - một số dự án thí điểm đã được triển khai tại châu Âu. Theo tính toán của EU, việc tái chế một nửa lượng nhiệt thải từ các trung tâm dữ liệu có thể đáp ứng nhu cầu sưởi ấm cho gần 4 triệu hộ gia đình châu Âu.

Song song đó, kiến trúc điện của trung tâm dữ liệu cũng đang được tối ưu: xu hướng chuyển sang phân phối điện áp cao và dòng điện một chiều giúp giảm số bước chuyển đổi và hao hụt năng lượng; đồng thời, nhờ nguồn dự trữ pin lớn, trung tâm dữ liệu có tiềm năng trở thành tài sản linh hoạt hỗ trợ ổn định lưới điện vào giờ cao điểm.

Bộ chỉ số và hệ thống tiêu chuẩn đo lường

Bên cạnh chỉ số PUE (Hiệu quả sử dụng điện năng) truyền thống, ngành đã bổ sung WUE (hiệu quả sử dụng nước) và CUE (hiệu quả sử dụng carbon) nhằm phản ánh đầy đủ hơn tác động môi trường. Việc hài hòa hóa phương pháp tính toán các chỉ số này ở quy mô toàn cầu được xem là điều kiện tiên quyết để so sánh và cải thiện hiệu quả giữa các cơ sở.

Ban kỹ thuật hỗn hợp ISO/IEC JTC 1/SC 39 cung cấp bộ tiêu chuẩn thiết kế và thực hành quản lý trung tâm dữ liệu, trong đó có: ISO/IEC 30134-9 (KPI hiệu quả sử dụng nước), ISO/IEC 21836 (đo lường hiệu quả năng lượng máy chủ), ISO/IEC 30134-3:2016 (phương pháp tính hệ số năng lượng tái tạo) và ISO/IEC TR 23050:2019 (xử lý chỉ số khi năng lượng được lưu trữ và xuất ra ngoài ranh giới trung tâm dữ liệu).

Ngoài ra, ISO/IEC SC 42 - ban kỹ thuật về AI đã công bố các báo cáo kỹ thuật ISO/IEC TR 20226 (tính bền vững môi trường của hệ thống AI) và ISO/IEC TR 21221:2025 (lợi ích của hệ thống AI theo nhận thức các bên liên quan), thể hiện đóng góp trực tiếp của hệ thống tiêu chuẩn IEC/ISO vào việc thực hiện các Mục tiêu Phát triển Bền vững của Liên Hợp Quốc.

Năng lượng hạt nhân và các lò phản ứng mô-đun nhỏ (SMR)

IEA nhận định năng lượng tái tạo sẽ là nguồn tăng trưởng nhanh nhất, đáp ứng khoảng một nửa nhu cầu điện của trung tâm dữ liệu vào năm 2030. Bên cạnh đó, năng lượng hạt nhân - đặc biệt là các lò phản ứng mô-đun nhỏ (SMR), vốn có thể sản xuất và lắp đặt nhanh hơn nhiều so với nhà máy điện hạt nhân truyền thống được IAEA kỳ vọng giúp tăng gấp đôi công suất vận hành hạt nhân toàn cầu vào năm 2050.

Tiểu ban IEC SC 45A (trực thuộc TC 45) xây dựng tiêu chuẩn cho toàn bộ vòng đời hệ thống điều khiển điện - điện tử của nhà máy điện hạt nhân, mới nhất là ấn bản thứ ba của IEC 61513 quy định yêu cầu chung đối với hệ thống điều khiển quan trọng cho an toàn.

Các mô hình mới: trung tâm dữ liệu nổi và năng lượng biển

Trung tâm dữ liệu nổi và dưới nước là hướng đi đang được thử nghiệm tại nhiều quốc gia - Nhật Bản, Pháp, Singapore, Hàn Quốc và Trung Quốc - nhờ lợi thế làm mát tự nhiên từ nước xung quanh, giúp giảm đáng kể chi phí làm mát, lượng nước tiêu thụ và diện tích đất sử dụng.

Một mô hình thử nghiệm dưới nước ngoài khơi Thượng Hải được công bố giúp giảm hao hụt điện năng 22,8 %, không tiêu tốn nước và giảm sử dụng đất hơn 90 % so với mô hình trên đất liền. Để các giải pháp năng lượng biển phục vụ mô hình này tiến từ quy mô thử nghiệm sang thương mại, ngành cần dựa vào khung tiêu chuẩn của IEC TC 114 (Hệ thống chuyển đổi năng lượng biển) và chứng nhận thông qua hệ thống IECRE của IEC.

Kết luận và một số gợi mở

Như ông Vollet kết luận, "quy định pháp luật và tiêu chuẩn hóa là những động lực đã được chứng minh cho hiệu quả năng lượng". Trong bối cảnh nhu cầu năng lượng cho AI tăng vọt, hệ thống tiêu chuẩn IEC và ISO từ đo lường hiệu quả, chứng nhận thiết bị, đến an toàn hạt nhân và năng lượng tái tạo biển - đang đóng vai trò nền tảng để hiện thực hóa mục tiêu năng lượng sạch, giá thành hợp lý (SDG 7), đúng tinh thần Tầm nhìn chung cho một thế giới tốt đẹp hơn của Ngày Tiêu chuẩn Thế giới.

Đối với công tác tiêu chuẩn hóa tại Việt Nam, xu hướng trên gợi mở nhu cầu tiếp tục rà soát, hài hòa hệ thống TCVN liên quan đến hiệu quả năng lượng thiết bị điện - điện tử và trung tâm dữ liệu với các tiêu chuẩn ISO/IEC tương ứng, nhằm bắt kịp yêu cầu phát triển hạ tầng số và AI đang tăng tốc trong nước.

ThS. Bùi Ngọc Bích - Viện Tiêu chuẩn Chất lượng Việt Nam

Tài liệu tham khảo:

1. IEC e-tech - https://etech.iec.ch/issue/2026-04/boosting-the-energy-efficiency-of-data-centres