Onderzoekers van het IIASA Energy, Climate and Environment Program ontdekten dat landbouwinspanningen in stroomafwaartse landen in Centraal-Azië, die traditioneel worden gehinderd door een gebrek aan water voor irrigatie tijdens het zomerse groeiseizoen, aanzienlijk zouden worden gestimuleerd met een "dubbel water- en energieopslagsysteem ", wat ook de weg vrijmaakt voor een hoog aandeel hernieuwbare energieopwekking in de regio.

Behnam Zakeri, de hoofdauteur van het open-access paper gepubliceerd in het Journal of Energy Storage , verklaart het historische precedent van de huidige situatie:

"De vijf landen die we in Centraal-Azië hebben bekeken, maakten ooit deel uit van de Sovjet-Unie. Toen hun infrastructuur in deze periode werd ontwikkeld, was er geen overweging dat ze ooit vijf afzonderlijke en onafhankelijke landen zouden zijn. De scheiding heeft geleid tot een mismatch tussen hun interesses en hun beschikbare middelen."

Zakeri legt verder uit dat de stroomopwaartse landen Tadzjikistan en Kirgizië controle hebben over meer dan 80% van de zoetwatervoorraden van Centraal-Azië. Als ze dat water alleen voor hun eigen behoeften zouden gebruiken, zou het water in de winter, wanneer de elektriciteitsvraag groot is, vooral gaan naar de opwekking van elektriciteit in waterkrachtdammen. Dit water zou tijdens koude seizoenen naar beneden stromen, wanneer benedenstroomse landen niet zoveel water nodig hebben, maar ze droog laten in de zomer wanneer hun hoogseizoen in de landbouw water nodig heeft voor irrigatie.

Julian Hunt, een co-auteur van het artikel, zegt dat de sleutel tot de oplossing de ontwikkeling van een zogenaamd "dubbel water-energieopslagschema" is. Het voorgestelde schema brengt het hele jaar door twee verschillende hydrologische cycli in stroomopwaartse en stroomafwaartse gebieden tot stand, waardoor de seizoensgebonden vraag naar water voor hydro-elektriciteit en irrigatie wordt ontward.

"Dit kan worden bereikt door waterkrachtreservoirs te bouwen in stroomopwaartse gebieden, ondersteund door seizoensgebonden pompwateropslag (SPHS) om water op te slaan voor waterkrachtopwekking en om in de winter te voorzien in de energiebehoeften in stroomopwaartse landen. Wanneer dit water lagere hoogten bereikt, kunnen bestaande reservoirs stroomafwaarts worden gebruikt om water op te slaan tot de zomer om te voorzien in de vraag naar water voor irrigatie in benedenstroomse landen", merkt hij op.

De nieuwe draai aan het plan maakt gebruik van overtollige hernieuwbare energie die in de zomer in de benedenloop wordt opgewekt, wanneer wind- en zonne-voorzieningen overvloedig zijn en de vraag naar energie laag is dankzij een mild klimaat, om water van lager gelegen gebieden terug naar de top te pompen voor hergebruik op minder overvloedige tijden van het jaar. Dit soort potentiële energieopslag is een duurzame oplossing die veel verder gaat dan bijvoorbeeld batterijen. Het benutten van die overvloedige schone energie zou hydro-elektriciteit besparen voor de winter wanneer er minder zonne-energieopwekkingspotentieel is, maar meer vraag naar elektriciteit, verwarming en verlichting.

"In dit document stellen we geïntegreerde, sectoroverschrijdende opslagoplossingen voor die de tijdelijke mismatch tussen de behoeften en de beschikbaarheid van hulpbronnen kunnen oplossen, wat mogelijk de grensoverschrijdende water- en energieconflicten in de regio kan oplossen", zegt Zakeri. "Ons voorstel laat zien dat met politieke en economische samenwerking investeringen in infrastructuur in een of twee landen stroomopwaarts kunnen worden gedaan, terwijl de voordelen door de hele regio vloeien, inclusief water- en energiezekerheid als katalysatoren voor duurzame ontwikkeling."

De onderzoekers pasten het IIASA open-source systeemoptimalisatiemodel, MESSAGEix, toe om het meest betaalbare scenario te creëren om CO₂ te verminderen. uitstoot van elektriciteitsopwekking, terwijl de watervoorziening wordt gegarandeerd.

Hunt was ook de hoofdauteur van een studie uit 2020, gepubliceerd in Nature Communications die een gedetailleerde kaart presenteerde met een groot aantal locaties die zouden kunnen profiteren van vergelijkbare seizoensgebonden gepompte hydro-elektrische systemen.