När temperaturen i Minneapolis sjönk till 27 under nollan under polarvirveln i januari 2019, Xcel Energy uppmanade alla Minnesota-kunder att sänka sina termostater för att spara på naturgas som behövs för elproduktion. I Michigan, där det också var kallare än Nordpolen, General Motors stängde till och med flera fabriker som en försiktighetsåtgärd mot avbrott.

Detta kan verka som en paradox. USA:s gasproduktion är på den högsta nivån någonsin, och elproduktion från förnybara källor växer i rekordfart.

Som ingenjörsekonom som studerar elmarknader och bränsleförsörjningskedjor, Jag letar efter sätt att upprätthålla energileveransen trots allt mer osäkert och extremt väder. Jag redigerar också en akademisk tidskrift som ägnas åt att analysera kostnaderna, fördelar och risker med kapitalinvesteringar. Baserat på vad jag har sett, att göra elproduktion mer flexibel och samtidigt öka tillgången till lagrad gas skulle vara det bästa sättet att hjälpa till att hålla lamporna tända utan att offra värmen när kylan slår till.

Mer kraft från gas

Gasbristen 2019 var bara den senaste i en rad liknande situationer. Tidigare polära virvlar under 2013 och 2014 drabbade New England särskilt hårt. "Bombcyklonen" som drabbade östkusten vintern 2018 ansträngde förråden, får gaspriserna att skjuta i höjden.

Det är inte bara så att extremväder blir värre och vanligare, trots att de är det. Elnätet är allt mer beroende av naturgas.

Många av de äldre koleldade generatorerna som går i pension ersätts av gaseldade och förnybara källor som vind- och solenergi. Andelen el som drivs med naturgas steg till 32 procent 2017 från 18 procent 1990, eftersom andelen från kol sjönk till 30 procent från 76 procent under samma tidsperiod.

Naturgas kostar mycket mindre än tidigare, och gaseldade generatorer är mer flexibla. Det är mycket lättare att slå på och stänga av gaseldade kraftverk, till exempel, än kärnreaktorer. Vad mer, naturgasanläggningar kan snabbt öka eller minska produktionen för att jämna ut den oundvikliga variationen i elproduktion från vindkraftverk och solpaneler – när solen inte skiner och vinden inte blåser.

Eftersom förnybar energi står för större andelar av elproduktionen, kraftproduktion från gas förväntas fortsätta växa, för.

Ingen lätt ersättare

Det mesta gasen värmer bostäder och kommersiella fastigheter och ger bränsle till tillverkningen av allt från tidningspapper till aluminium och konserverad tonfisk. Efter år av tillväxt, Elproduktion förbrukar fortfarande bara ungefär en tredjedel av all gasanvändning i USA.

Och, medan verktyg har olika val de kan göra, det finns inget enkelt eller omedelbart sätt att hitta en ersättning för dess andra användningsområden – särskilt om de vill ha en relativt ren källa. Värmesystem tar lång tid och mycket pengar att konvertera för husägare, och det är ännu svårare för tillverkarna.

För att undvika störningar i tjänsten, de flesta stora industriella och kommersiella användare, såväl som lokala gasbolag, upprätta fasta kontrakt som garanterar leverans av den gas de förväntar sig att behöva.

Kontrakten för gas som används för att generera el är olika. Många kraftbolag, speciellt i nordöstra och mellanvästern, har "avbrottsbara kontrakt" med gasleverantörer. Dessa arrangemang låter dem betala lägre priser som gör att de kan konkurrera på grossistmarknaderna för el, men har en nackdel. De gör dessa företag lägre prioriterade än andra kunder för gasleverans.

Elkraftsindustrin och dess regulatorer kan se att kunderna inte vill behöva ställa in sina termostater på 65 grader eller lägre under bitter kall väderlek. Och verkligen, de har vidtagit åtgärder för att minska nätets sårbarhet för gasflaskhalsar, genom att justera tidpunkten för grossistmarknaderna för el för att hjälpa kraftverk att köpa ytterligare gas när de behöver det. Och bättre kommunikation förbättrar prognoser för efterfrågan och gör det lättare för kraftverk att lära sig om leveransstörningar tidigare.

Långsiktiga investeringar

Köldknäppar ökar behovet av både el och naturgas för att värma bostäder och företag samtidigt, får grossistpriserna för el att stiga när elmarknadsoperatörerna kämpar för att hålla nätet fungerande.

Efterfrågan på el varierar per timme, dag och årstid, förstoras endast ibland av svåra väderhändelser, och variationen i föreningar för förnybar produktion svänger i kraven på gaseldade kraftverk. Istället för att bygga rörledningar som endast sällan kommer att användas med full kapacitet, Det är vettigt att investera i flexibilitet för att produktionssystemet lättare ska kunna anpassa sig till förändringar i efterfrågan på el och bränsletillgång.

Även om de inte kommer att höja detaljhandelns elpriser omedelbart, dessa kortsiktiga pristoppar signalerar behovet, och ge motiveringen, för långsiktiga investeringar för att undvika räntehöjningar eller till och med avbrott.

En sådan strategi är att eftermontera gasgeneratorer för dubbelbränslekapacitet. Praktiskt taget, detta innebär att bygga en lagringstank för ett annat bränsle, som olja, tillsammans med rören och annan utrustning för att spruta in det i kammaren där bränslet förbränns. Det är en betydande investering men på det sättet, när extremt väder gör att efterfrågan på gas överstiger kapaciteten hos de tillgängliga rörledningarna, kraftverk kan tillfälligt byta till ett alternativt bränsle.

Precis som alla slags inventarier, oavsett om det är pappersmuggar eller navkapslar, kommer att hjälpa till att förhindra störningar i leveranskedjan, lagrad gas kan också hålla kraften flytande. Forskning som jag genomförde med George Gross visade att investeringar för att utöka kapaciteten hos gaslagringsanläggningar minskade risken för höga elpriser mer effektivt än eftermontering av dubbelbränsle.

Att lagra stora mängder naturgas är inte utan risk, som invånare i södra Kalifornien fick veta 2015. Läckor från lagringsanläggningen Aliso Canyon i Los Angeles gjorde närboende sjuka och strömmade ut växthusgaser.

Men jag tror fortfarande att en snöreserv med gas kan vara det bästa sättet att hålla lamporna tända när temperaturen sjunker till extrema låga nivåer.

Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.