I ricercatori del programma IIASA per l'energia, il clima e l'ambiente hanno scoperto che gli sforzi agricoli nei paesi a valle dell'Asia centrale, tradizionalmente ostacolati dalla mancanza di acqua per l'irrigazione durante la stagione di crescita estiva, sarebbero notevolmente potenziati con un "doppio schema di accumulo di acqua ed energia ," che apre anche la strada a quote elevate di produzione di energia rinnovabile nella regione.

Behnam Zakeri, l'autore principale del documento ad accesso aperto pubblicato sul Journal of Energy Storage , spiega il precedente storico alla situazione attuale:

"I cinque paesi che abbiamo esaminato in Asia centrale facevano parte dell'Unione Sovietica. Quando la loro infrastruttura è stata sviluppata durante questo periodo, non si pensava che un giorno sarebbero stati cinque paesi separati e indipendenti. La separazione ha portato a una discrepanza tra i loro interessi e le loro risorse disponibili."

Zakeri spiega inoltre che i paesi a monte del Tagikistan e del Kirghizistan hanno il controllo di oltre l'80% delle risorse di acqua dolce dell'Asia centrale. Se utilizzassero quell'acqua solo per i propri bisogni, l'acqua andrebbe principalmente a generare elettricità nelle dighe idroelettriche in inverno, quando la domanda di elettricità è elevata. Quest'acqua defluisce durante le stagioni fredde, quando i paesi a valle non hanno bisogno di tanta acqua, ma li lasciano asciutti in estate quando la loro stagione agricola di punta richiede acqua per l'irrigazione.

Julian Hunt, un coautore dell'articolo, afferma che la chiave della soluzione è lo sviluppo di un cosiddetto "Schema di accumulo di acqua-energia duale". Lo schema proposto stabilisce due diversi cicli idrologici nelle aree a monte ea valle durante tutto l'anno, che districa la domanda stagionale di acqua per l'energia idroelettrica e l'irrigazione.

"Ciò può essere ottenuto costruendo bacini idroelettrici nelle aree a monte, supportati da un accumulo stagionale di energia idroelettrica con pompaggio (SPHS) per immagazzinare l'acqua per la produzione di energia idroelettrica e soddisfare il fabbisogno energetico nei paesi a monte in inverno. Quando quest'acqua raggiunge quote più basse, è possibile utilizzare i serbatoi esistenti a valle immagazzinare acqua fino all'estate per soddisfare la domanda di acqua per l'irrigazione nei paesi a valle", osserva.

La nuova svolta al piano utilizza l'energia rinnovabile in eccesso generata nelle zone più basse durante l'estate, quando le scorte eoliche e solari sono abbondanti e la domanda di energia è bassa grazie a un clima mite, per pompare l'acqua dalle quote più basse verso l'alto per il riutilizzo nei periodi meno abbondanti dell'anno. Questo tipo di potenziale accumulo di energia è una soluzione di lunga durata che va ben oltre la capacità delle batterie, ad esempio. Sfruttare quell'abbondante energia pulita farebbe risparmiare energia idroelettrica per l'inverno quando c'è meno potenziale di generazione solare, ma maggiore domanda di elettricità, riscaldamento e illuminazione.

"In questo documento, proponiamo soluzioni di stoccaggio integrate e intersettoriali in grado di risolvere la discrepanza temporale tra i bisogni e la disponibilità di risorse, che possono potenzialmente risolvere i conflitti transfrontalieri di acqua ed energia nella regione", afferma Zakeri. "La nostra proposta mostra che, con la cooperazione politica ed economica, gli investimenti in infrastrutture possono essere effettuati in uno o due paesi a monte, mentre i benefici fluiscono in tutta la regione, compresa la sicurezza idrica ed energetica come fattori abilitanti dello sviluppo sostenibile."

I ricercatori hanno applicato il modello di ottimizzazione dei sistemi open source IIASA, MESSAGEix, per creare lo scenario più conveniente per ridurre la CO₂ emissioni derivanti dalla produzione di energia elettrica, garantendo nel contempo l'approvvigionamento idrico.

Hunt è stato anche l'autore principale di uno studio del 2020 pubblicato su Nature Communications che ha presentato una mappa dettagliata che mostra un gran numero di località che potrebbero beneficiare di simili sistemi idroelettrici di pompaggio stagionali.