Lực đẩy từ điện hạt nhân mô-đun nhỏ

Amazon đang đầu tư mạnh vào năng lượng hạt nhân để hỗ trợ dự án trị giá hơn 52 tỷ USD nhằm mở rộng các trung tâm dữ liệu của tập đoàn này tại ba tiểu bang ở Mỹ.

Vào ngày 16.10.2024, Amazon và Dominion Energy, tập đoàn năng lượng có vốn hóa thị trường 48 tỷ USD, đã ký thỏa thuận về hợp tác nghiên cứu tính khả thi và tiềm năng trong việc phát triển công nghệ lò phản ứng hạt nhân mô-đun cỡ nhỏ, hay còn gọi là SMR, tại Virginia, Mỹ. SMR có thiết kế nhỏ gọn, chưa bằng 10% so với kích cỡ của lò phản ứng hạt nhân truyền thống.

Amazon cũng bắt tay với Công ty điện lực Energy Northwest để hậu thuẫn tài chính cho việc phát triển và vận hành các dự án SMR ở Washington D.C. Tập đoàn này còn ký thỏa thuận riêng với X-energy, công ty khởi nghiệp chuyên phát triển SMR đang triển khai một dự án cho đối tác Energy Northwest.

Đồng thời, Amazon là nhà đầu tư chủ chốt trong đợt huy động vốn trị giá 500 triệu USD của công ty có trụ sở tại Maryland, do tỷ phú-doanh nhân khởi nghiệp liên tục Kam Ghaffarian sáng lập năm 2009.

Thông qua việc hợp tác, Amazon và X-energy dự kiến đưa vào hoạt động các dự án năng lượng mới trên khắp nước Mỹ vào năm 2039 với công suất 5GW (đủ để cung cấp điện cho một thành phố có diện tích tầm trung) nhằm đáp ứng nhu cầu tiêu thụ năng lượng vô cùng lớn từ công nghệ AI.

Không chỉ Amazon, các công ty vận hành trung tâm dữ liệu lớn khác như Microsoft và Google cũng tham gia đầu tư vào SMR để giải quyết nhu cầu sử dụng điện đang tăng mạnh. SMR có thời gian thi công nhanh và ít tốn kém so với lò phản ứng hạt nhân truyền thống.

Hơn nữa, công nghệ này không phát thải carbon, yếu tố quan trọng giúp các doanh nghiệp tiến tới cam kết giảm lượng khí thải CO2. So với điện gió và điện mặt trời, năng lượng hạt nhân là nguồn cung cấp điện ổn định và có thể vận hành liên tục – cần thiết cho các trung tâm dữ liệu và nhà máy sản xuất.

Theo dự báo của Bộ Năng lượng Mỹ (DOE), công suất điện hạt nhân tại Mỹ đến năm 2050 sẽ chạm mốc 300GW, tăng gấp ba lần từ mức 100GW trong năm 2024, góp phần giải bài toán về trung hòa carbon và cung cấp điện ổn định, lâu dài.

Chia sẻ trong một buổi phỏng vấn trực tuyến, CEO Amazon Web Services (AWS) Matt Garman nhận định: “Điện hạt nhân là hướng đi hiệu quả để đáp ứng nhu cầu về năng lượng trên toàn thế giới. Chúng ta cần bổ sung nhiều năng lượng hơn nữa cho lưới điện và SMR là giải pháp hứa hẹn nhất để hiện thực hóa điều đó.”

“Trong năm qua, chúng tôi thấy lạc quan hơn về lợi ích và tiềm năng từ điện hạt nhân.” 

—Matt Garman, AWS CEO

Matt Garman gia nhập Amazon ở vị trí thực tập sinh vào mùa hè năm 2005 trước khi trở thành người thứ ba giữ vai trò CEO tại AWS hồi tháng 6.2024. Ông xem điện hạt nhân như “mảnh ghép” quan trọng trong hành trình AWS tiếp tục mở rộng các trung tâm dữ liệu để đáp ứng nhu cầu về dịch vụ đám mây và AI, đồng thời đảm bảo rằng công ty mẹ Amazon sẽ đạt mục tiêu phát thải ròng bằng 0 cho toàn bộ hoạt động kinh doanh vào năm 2040.

Tuy không đưa ra con số cụ thể về công suất điện hạt nhân muốn khai thác, Matt Garman cho biết nguồn năng lượng này sẽ đóng góp đáng kể vào tổng lượng điện của AWS vào năm 2040.

“Chúng tôi đánh giá điện hạt nhân là giải pháp hiệu quả về kinh tế để gia tăng công suất điện năng. Nhưng điều đó sẽ phụ thuộc vào tốc độ cải thiện công nghệ và xây dựng các dự án SMR nhanh đến mức nào,” ông chia sẻ.

Mặc dù không phát thải carbon, nhưng điện hạt nhân lại phát sinh chất thải phóng xạ cần được kiểm soát. Rất nhiều cuộc thảo luận về quá trình phát triển SMR đã diễn ra trong nhiều tháng qua, song đến nay vẫn chưa có dự án nào chính thức hoạt động ở Mỹ, làm dấy lên nghi ngại về chi phí đầu tư và tính khả thi.

“Chi phí đang biến động ở thời điểm hiện tại,” Doug Vine, giám đốc về phân tích lĩnh vực năng lượng tại Trung tâm Giải pháp Khí hậu và Năng lượng (C2ES), chia sẻ.

Theo Matt Garman, công nghệ lò phản ứng hạt nhân mới như SMR tuy là phân khúc năng lượng còn non trẻ nhưng đã có bước tiến mạnh mẽ trong những năm qua, an toàn hơn so với các lò phản ứng hạt nhân truyền thống từng được xây dựng vào thập niên 1950 và 1960. Một dẫn chứng là lò phản ứng hạt nhân Three Mile Island nằm gần Middletown, Pennsylvania.

Sau 45 năm kể từ sự cố vận hành nghiêm trọng nhất lịch sử nước Mỹ, Three Mile Island dự kiến sẽ hoạt động trở lại với tổ máy khác để cung cấp điện cho trung tâm dữ liệu của Microsoft.

“Trong năm qua, chúng tôi thấy lạc quan hơn về lợi ích và tiềm năng từ điện hạt nhân. Thế giới sẽ gặp khó khăn trong việc phát triển đủ số lượng dự án điện mặt trời và điện gió để đảm bảo nguồn cung,” Matt Garman cho biết.

Cả Amazon và Dominion Energy đều không tiết lộ các điều khoản về tài chính trong thỏa thuận hợp tác giữa hai công ty. Tuy vậy, trong thông cáo báo chí, CEO Robert Blue của Dominion Energy cho biết việc hợp tác với Amazon sẽ giúp công ty tìm ra hướng phát triển SMR mà không làm tăng đáng kể hóa đơn tiền điện của các khách hàng là hộ gia đình và giảm rủi ro liên quan đến quá trình thực hiện.

Wood McKenzie, công ty tư vấn về lĩnh vực năng lượng, dự báo SMR khó có thể tạo ra tác động lớn đến thị trường năng lượng cho đến hết năm 2030, chủ yếu do chi phí đầu tư cao và quá trình xây dựng mất nhiều thời gian. Điều này cũng đồng nghĩa đến thời điểm đó sẽ chỉ có số lượng hạn chế các lò phản ứng mô-đun cỡ nhỏ được vận hành. Wood McKenzie lưu ý rằng để giảm chi phí đầu tư, thị trường sẽ cần phát triển tối thiểu từ 10-15 dự án SMR trong giai đoạn 2030–2040.

“Để đáp ứng đủ nguồn năng lượng cần thiết trong một vài năm tới là quá trình phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau. Amazon sẽ là cái tên tiên phong về phát triển SMR,” Matt Garman cho biết.

• • •

Virginia là một trong những nơi tập hợp nhiều trung tâm dữ liệu nhất trên thế giới, với hơn 100 cơ sở đang hoạt động ở phía bắc tiểu bang này. Điều đó dẫn đến sự gia tăng đáng kể về nhu cầu sử dụng điện.

Theo chia sẻ từ một nhân vật có chức vụ ở Dominion Energy, tập đoàn đặt trụ sở tại Richmond, nhu cầu tiêu thụ điện từ các trung tâm dữ liệu ở Virginia đã tăng gấp đôi trong năm năm qua và được dự báo sẽ tăng thêm bốn lần sau 15 năm nữa.

Virginia cũng là nơi Amazon và Dominion Energy dự định triển khai một dự án SMR ở hạt Louise. Nhà máy SMR này sẽ nằm gần lò phản ứng hạt nhân North Anna của Dominion Energy, với kỳ vọng đạt sản lượng tối thiểu 300MW điện năng để hòa vào mạng lưới điện tại Virginia.

Thông thường, một trung tâm dữ liệu sẽ cần khoảng 32MW điện năng, công suất đủ để đáp ứng nhu cầu của sáu ngàn hộ gia đình. Trong khi đó, trung tâm dữ liệu tập trung vào công nghệ AI tiêu thụ khoảng 80MW điện năng.

Vào tháng 7.2024, Dominion Energy đã gửi hồ sơ mời thầu kêu gọi các công ty chuyên phát triển SMR đưa ra giải pháp xây dựng và vận hành dự án SMR ở hạt Louisa. Dominion Energy chưa công bố doanh nghiệp nào được chọn và nhiều khả năng dự án sẽ chỉ hoàn thành vào giữa thập niên 2030. Cơ sở SMR này cũng sẽ đặt tại hạt Louisa cùng với hai dự án trung tâm dữ liệu mới quy mô 11 tỷ USD của Amazon.

Hai trung tâm dữ liệu này là một phần trong cam kết đầu tư 35 tỉ USD tại Virginia đến năm 2040, được Amazon công bố hồi tháng 1.2023 (Amazon đang đầu tư thêm vào Mississippi và Ohio lần lượt 10 tỷ USD và 7,8 tỷ USD).

Nằm giữa Charlottesville và Richmond, cách hạt Loudoun khoảng hai giờ đồng hồ di chuyển, hạt Louisa được mệnh danh là “thủ phủ” trung tâm dữ liệu của thế giới với tổng diện tích sử dụng 2,8 triệu m2, bên cạnh các dự án đang xây dựng có quy mô 465 ngàn m2.

Amazon hiện sở hữu mạng lưới 108 trung tâm dữ liệu trên toàn cầu, trong đó Virginia là trọng điểm. AWS, công ty con của Amazon, mang lại cho tập đoàn này doanh thu hằng năm hơn 100 tỷ USD từ việc cung cấp dịch vụ điện toán đám mây cho nhiều khách hàng khác nhau (như doanh nghiệp, cơ quan chính phủ). Doanh thu của AWS đang tăng trưởng nhanh chóng, đạt mức 19% trong quý 2.2024, vượt xa tỷ lệ 10% của Amazon trong cùng kỳ.

• • •

Một báo cáo của Goldman Sachs cho thấy, nhu cầu tiêu thụ điện năng từ các ứng dụng AI được dự báo tăng vọt 160%. Trong đó, báo cáo này ước tính trung bình một câu trả lời trên ChatGPT tiêu tốn điện năng gấp mười lần so với thao tác tìm kiếm trên công cụ Google Search. Theo Wall Street Journal, nhu cầu lớn đến như vậy đã dẫn đến việc một số khách hàng tiềm năng là doanh nghiệp vận hành trung tâm dữ liệu có thể phải chờ đến thập niên tới mới đạt đủ mức điện năng như mong muốn, hoặc phải đối mặt với tình trạng thiếu điện.

“Sẽ không hề nói quá khi khẳng định rằng đáp ứng nhu cầu tiêu thụ năng lượng tăng cao như hiện nay sẽ là bài toán vô cùng nan giải. Đây là một trong nhiều thách thức do ảnh hưởng từ biến đổi khí hậu,” Doug Vine cho biết.

Bên cạnh đó, Amazon và những doanh nghiệp công nghệ khác vẫn gặp trở ngại trong việc cắt giảm lượng khí thải carbon.

Theo báo cáo về phát triển bền vững của Amazon, tập đoàn này giảm chưa đến 3% mức phát thải, xuống còn 69 triệu tấn CO2. Trước đó, lượng khí thải carbon của Amazon đã tăng vọt từ 51 triệu tấn vào năm 2019 lên 71 triệu tấn trong năm 2021. Năm 2019 là lần đầu tiên hãng công nghệ Mỹ đưa ra cam kết đạt phát thải ròng bằng không vào năm 2040.

Hồi tháng 6.2024, Amazon đã hủy bỏ dự án khai thác đường ống dẫn khí đốt để cung cấp năng lượng cho các dự án trung tâm dữ liệu mới ở Oregon. Động thái này được đưa ra sau khi tập đoàn vấp phải cuộc biểu tình về khí hậu bên ngoài trụ sở chính ở trung tâm Seattle.

Điều đó càng làm nổi bật lên những lợi thế của SMR: không phát thải carbon, linh hoạt trong việc mở rộng quy mô và hoạt động liên tục, ổn định. SMR, sử dụng nhiều công nghệ khác nhau và công suất thường đạt đến 300MW, có thể được xây dựng gần các trung tâm dữ liệu và bổ sung thêm mô-đun khi nhu cầu tăng cao.

Khi công nghệ trở nên tân tiến hơn, SMR đã thu hút lượng lớn công ty khởi nghiệp tham gia phát triển và thương mại hóa. Nhóm này bao gồm X-energy và TerraPower, liên doanh của Bill Gates đang phát triển lò phản ứng hạt nhân làm mát bằng natri và sử dụng muối để lưu trữ năng lượng.

Ngoài ra, còn có NuScale, công ty chuyên phát triển SMR có vốn hóa thị trường 2,1 tỷ USD. Theo số liệu về đầu tư mạo hiểm của Pitchbook, đến nay X-energy đã huy động gần 900 triệu USD, trong đó 385 triệu USD nhận về trước đợt gọi vốn mới nhất.

Trước đó, X-energy đã hủy kế hoạch niêm yết cổ phiếu thông qua thỏa thuận sáp nhập SPAC trị giá hai tỷ USD hồi tháng 10.2023. Bên cạnh Amazon, vòng gọi vốn trị giá 500 triệu USD của X-energy còn có các nhà đầu tư khác gồm nhà sáng lập Citadel là Ken Griffin, các công ty con của Ares Management và Quỹ đầu tư vào lĩnh vực năng lượng NGP.

Clay Sell, CEO của X-energy, cho biết công ty sẽ tiến hành IPO khi đến thời điểm thuận lợi (Clay Sell từ chối tiết lộ mức định giá của công ty).

Clay Sell kỳ vọng X-energy sẽ đưa vào vận hành dự án SMR đầu tiên với Tập đoàn hóa chất Dow ở Texas từ cuối thập niên này. X-energy sẽ cố gắng triển khai các dự án cho tập đoàn Amazon trong thời gian sớm nhất.

heo Clay Sell, một dự án SMR của X-energy cần trung bình 24–30 héc ta đất để xây dựng và đưa vào vận hành, nhỏ gọn hơn rất nhiều so với lò phản ứng hạt nhân truyền thống cần đến 81 ngàn héc ta đất (khu vực xung quanh bị hạn chế ra vào). Ông kỳ vọng đến năm 2035, X-energy sẽ có hàng chục dự án SMR được triển khai ở các giai đoạn khác nhau: Một số dự án đã hoàn thành, số khác trong giai đoạn xây dựng và các dự án còn lại bước vào khâu xin cấp phép. X-energy có thể lắp đặt cùng lúc nhiều mô-đun phản ứng hạt nhân Xe-100, mỗi mô-đun có công suất 80MW, cho dự án ở Washington D.C.

Việc xây dựng các dự án điện hạt nhân mất nhiều thời gian có một phần nguyên nhân do quy trình nhiều bước cấp phép, phê duyệt từ cơ quan quản lý. Vào tháng 1.2023, Ủy ban Quản lý hạt nhân Mỹ (NRC) đã phê duyệt thiết kế cho dự án SMR đầu tiên của NuScale Power.

Về phần mình, X-energy cho biết NRC đã hoàn thành đánh giá ban đầu cho dự án của công ty hồi tháng 1.2024, hiện không gặp trở ngại nào để triển khai các bước tiếp theo.

Bên cạnh Dow và Amazon, X-energy cũng đang thực hiện các dự án khác (Clay Sell từ chối cung cấp thông tin về những dự án này). Theo Clay Sell, X-energy có tên trong danh sách các công ty tham gia đấu thầu về giải pháp cho dự án SMR của Dominion Energy ở Virginia. “Việc hoàn thành dự án đầu tiên sẽ là minh chứng cho năng lực và mức độ hiệu quả của X-energy,” ông khẳng định.

Tiềm năng từ SMR đã giúp các công ty hoạt động trong lĩnh vực này tiếp cận dòng vốn đầu tư. Trong khi Terrapower huy động thành công hơn một tỷ USD vốn đầu tư tư nhân, NuScale Power đã lên sàn chứng khoán thông qua thương vụ sáp nhập SPAC trị giá 1,9 tỷ USD vào năm 2022. Đây là bước tiến tốt, nhưng vẫn còn đó trở ngại. Ví dụ như NuScale Power phải hủy bỏ một dự án tại Idaho mà công ty dự định triển khai từ năm 2023 do chi phí tăng cao.

“Công nghệ SMR đang đón nhận nhiều vốn đầu tư. Các khoản đầu tư và những cải tiến giúp tôi có cái nhìn lạc quan về triển vọng phát triển của công nghệ này trong trung và dài hạn,” Sundar Pichai, CEO của Alphabet và công ty con Google phát biểu trong một buổi chia sẻ gần đây tại Đại học Carnegie Mellon, Pennsylvania.

Hồi tháng 10.2023, Google và Kairos Power đã ký thỏa thuận hợp tác phát triển và đưa vào vận hành dự án SMR đầu tiên của tập đoàn này từ năm 2030 cùng với kế hoạch mở rộng vào năm 2035. Trong một phát biểu đưa ra trước thời điểm Google công bố thỏa thuận, Matt Garman tuyên bố rằng mối liên kết giữa Amazon và Dominion Energy là thỏa thuận đầu tiên trên thị trường về việc thiết lập quan hệ hợp tác để phát triển SMR.

Clay Sell cho biết X-energy và Amazon đã đàm phán về việc hợp tác từ 18 tháng trước, thời điểm AWS tìm kiếm giải pháp cung cấp nguồn điện ổn định và liên tục nhưng vẫn đáp ứng cam kết về phát thải.

“Nhu cầu tiêu thụ năng lượng tăng cao, đặc biệt từ công nghệ AI, đã thay đổi cách mọi người nhìn nhận về việc sản xuất và sử dụng điện năng ở Mỹ. Việc lắp đặt theo kiểu mô-đun cỡ nhỏ giúp các dự án SMR cần ít không gian hơn để sản xuất điện năng so với lò phản ứng hạt nhân truyền thống,” Clay Sell nói.

Một thương vụ đầu tư khác của AWS vào điện hạt nhân là thỏa thuận hợp tác với Energy Northwest ở Washington D.C. Hai bên có kế hoạch xây dựng một cơ sở SMR đặt gần lò phản ứng hạt nhân Columbia Generating Station ở Richland, sử dụng thiết kế của X-energy. Theo tiết lộ từ Greg Cullen, phó chủ tịch phụ trách về cung cấp dịch vụ và phát triển năng lượng tại Energy Northwest, thỏa thuận hợp tác với X-energy bắt đầu từ năm 2020, sau khi Washington D.C ban hành Đạo luật Chuyển đổi năng lượng sạch, trong đó công ty cam kết cung cấp 100% năng lượng xanh vào năm 2045.

“Chúng tôi nhận thấy có cơ hội rất lớn từ việc hợp tác với các doanh nghiệp sở hữu nguồn tài chính lớn, chấp nhận rủi ro và nhu cầu tiêu thụ điện năng cao như Amazon. Điều đó sẽ tạo bước tiến cho công nghệ này từ giai đoạn lên kế hoạch đến vận hành thương mại,” Greg Cullen chia sẻ.

Ông nhìn nhận việc một công ty điện lực hợp tác với tập đoàn công nghệ lớn khá mới lạ, song cũng khẳng định điều này sẽ cho phép Energy Northwest triển khai công nghệ mới mà không cần tăng giá điện.

“Chúng tôi tin rằng các lò phản ứng mô-đun cỡ nhỏ sẽ mang lại rất nhiều cơ hội,” Greg Cullen nhấn mạnh.

“Nhu cầu tiêu thụ năng lượng tăng cao, đặc biệt từ công nghệ AI, đã thay đổi cách mọi người nhìn nhận về việc sản xuất và sử dụng điện năng ở Mỹ.”

—Clay Sell, X-energy CEO

Cullen kỳ vọng dự án SMR ở Washington D.C sẽ bắt đầu hoạt động từ những năm đầu thập niên 2030. Theo thỏa thuận, Amazon có quyền mua nguồn điện từ bốn mô-đun đầu tiên có công suất 320MW của dự án này. Trong khi đó, Energy Northwest sẽ có thể linh hoạt tăng thêm tám mô-đun và nâng tổng công suất điện năng lên 960MW.

Clay Sell cũng tiết lộ, để đạt 5GW điện năng, mục tiêu đề ra từ thỏa thuận hợp tác giữa X-energy và Amazon trong 15 năm tới, công ty sẽ triển khai từ 4-5 dự án SMR, trong đó mỗi dự án sẽ có quy mô tương đương với dự án của Energy Northwest. Các cơ sở SMR này sẽ đặt tại những nơi tập trung nhiều trung tâm dữ liệu như Virginia hay Pennsylvania.

Amazon cũng tìm cách khai thác nguồn năng lượng hạt nhân hiện có để đảm bảo điện năng cho việc mở rộng trung tâm dữ liệu. Vào tháng 3.2024, AWS đã đồng ý mua lại tổ hợp trung tâm dữ liệu công suất 960MW ở Pennsylvania từ Talen Energy với giá 650 triệu USD. Thỏa thuận này có điều khoản AWS mua nguồn điện với mức giá cố định từ lò phản ứng hạt nhân Susquehanna của Talen Energy – lò phản ứng hạt nhân lớn thứ sáu tại Mỹ.

“Chắc chắn rằng AI sẽ làm tăng đáng kể nhu cầu tiêu thụ năng lượng. Chúng tôi đã thực hiện thỏa thuận mua lại điện hạt nhân và giờ sẽ tiếp tục tìm kiếm các giải pháp năng lượng bền vững, không phát thải carbon,” Kara Hurst, giám đốc phát triển bền vững của Amazon, chia sẻ tại hội nghị Phát triển Bền vững của Forbes diễn ra ở New York hồi tháng 9.2024.

Mặc dù Amazon và các công ty công nghệ khác vẫn đang tìm cách tận dụng lò phản ứng hạt nhân thế hệ cũ, việc chuyển hướng sang công nghệ mới như SMR sẽ mang lại giải pháp linh hoạt hơn.

“Đó là lý do vì sao chúng tôi chọn SMR. Đây là giải pháp bền vững và có thể triển khai ở nhiều nơi khác nhau trên thế giới,” Matt Garman chia sẻ.

Biên dịch: Quỳnh Anh — Nội dung đã được đăng trên Tạp chí Forbes Việt Nam số tháng 12.2024