Det är svårt att föreställa sig en värld utan elektricitet. Den driver hissar som låter oss bygga upp, snarare än ut. El håller våra hem på rätt temperatur. Det hjälper till att rena vattnet som vi dricker, och ibland luften som vi andas. Vi använder el till våra telefoner och datorer. Och med tanke på den fortsatta tillväxten av Internet of Things, efterfrågan på el kommer att växa under många år framöver. Men när efterfrågan ökar, så gör angreppen mot systemet som levererar den energin – elnätet.

Svårt väder är en primär orsak till strömavbrott. Enligt en färsk rapport från Department of Energy, Enbart väderrelaterade avbrott har kostat landet mellan 18 och 32 miljarder dollar per år i genomsnitt sedan 2003. Enligt ekonomer i Texas, den senaste vinterstormen som drabbade den staten kan sluta kosta så mycket som 200 miljarder dollar – mer än orkanerna Harvey och Ike. Skogsbränder i väster skapar också förödelse för eldistributionssystem. Strömavbrott under Kaliforniens skogsbränder 2019 beräknas ha kostat staten så mycket som 2 miljarder dollar.

Åldrande infrastruktur är också ett problem för det elektriska systemet. Nätet är en blandning av förbindelser och överenskommelser över statliga gränser som använder ibland arkaisk teknologi för att överleva, och dess arkitektur är i behov av en drastisk översyn. En rapport från Pew Charitable Trusts tyder på att en brist på investeringar i att uppgradera elnätet kommer att orsaka fler strömavbrott i framtiden.

Allt detta diskuterades nyligen i ett webbseminarium för journalister som en del av Resilience Media Project, som är en del av det större initiativet om kommunikation och hållbarhet vid Earth Institute of Columbia University.

Melissa Lott är forskningschef för Center on Global Energy Policy vid Columbia University. Hon säger att nätet är komplext, och den består av mycket mer än bara kraftledningar. "När vi pratar om nätet, ditt sinne kan gå till bara ledningarna. Så, överföringsledningar, dessa riktigt stora saker som tar elektriciteten från kraftverk till närmare våra hem, och sedan de mindre ledningarna som vi kallar distributionsledningar som faktiskt tar den elen till våra hem och till den sista punkten där vi förbrukar den." Men det är bara en del av det som utgör nätet. "Det handlar faktiskt om kraftverk som sätter el i, sedan ledningarna som rör den. Och det finns alla olika typer av steg där och sedan slutkunderna."

Kraftverk idag är också beroende av många fler bränslekällor än bara kol, som var en bas i elproduktionen i flera år. Och det kan öka rutnätets komplexitet. Vissa anläggningar har gått över till naturgas, vilket orsakade problem under den senaste stormen i Texas när några gaskällor frös. Det finns också biomassaanläggningar – de använder material från växter eller djur för att generera elektricitet. Och naturligtvis, förnybar energi från vind och sol.

Förnybar energi är viktig för att bidra till att minska utsläppen av växthusgaser från energiproduktion. Men användningen av förnybara källor bidrar till utmaningarna som nätet står inför. Konsumenter som producerar el genom solpaneler på sina hustak lägger ibland in el i systemet, och andra gånger ta ut den. Denna skiftande efterfrågan/produktionsmetod, säger Lott, gör rutnätet ännu mer komplicerat.

Under tiden, Energibolagen och regeringen har inte hållit på med underhåll och utbyggnad av nätet på de nivåer som behövs för att hålla det robust.

Så, alla dessa faktorer – ökad komplexitet från bränslekällor, åldrande infrastruktur, för lite investeringar – har, säger Lott, skapade problem för energi i USA "Spoiler alert, vi har det inte så bra."

Och pandemin hjälpte inte, säger Jeanne Fox, en tidigare kommissionär för New Jersey Board of Public Utilities. "Konjunkturen kommer gradvis att bli bättre. Men många låg- och medelinkomsttagare har inte råd att betala sina elräkningar nu."

Så hur kan nätet göras mer motståndskraftigt, och mer rättvis? Emily Chasan är kommunikationsdirektör på Generate Capital, och är en före detta reporter som bevakar energifrågor för Bloomberg. Hon säger att nätet brukade vara beroende av stora kraftverk i centrala delar av landet. Nu måste nätet ändras, för att tillgodose förnybara energikällor som är mer spridda. "Vi har egentligen inte fokuserat så mycket på att uppgradera nätet så att det kan hantera all denna rörelse och förändring i sättet vi producerar el." Och hon säger att nätet måste vara redo för en ständigt växande lista över sätt att producera och lagra kraft. "Du kan tänka år framöver att du kanske kan koppla in din elbil till ditt hus och få den att vara en generator istället för att skaffa en dieselgenerator."

Men för att komma till framtidens rutnät, Melissa Lott säger att vi måste planera bättre för en övergångsperiod. Den planen kommer att inkludera ett "trebent pall"-system för generation som kan skapa stark tillförlitlighet för nätet. Den första delen är förnybar energi. Även om variabel produktion från vind och sol kan försvåra distributionen, de ger också en energi som inte kräver bränsle. Det andra benet skulle ge en stadigare, mer konsekvent tillförlitlig elförsörjning. "Det här kan vara kärnkraft, detta kan vara stor vattenkraft, det här kan vara naturgas med kolavskiljning och lagring...." Det sista benet på pallen är energilagring – men inte bara batterier för dina ficklampor. Enheter som Tesla Powerwall kan också användas för att förse ditt hem med el i händelse av ett kort strömavbrott.

Lott säger att operatörer också kan tänka om hur de allokerar kraft när en kris inträffar. I Texas, vart hon bor, Lott säger under den senaste vinterstormen, vissa industrier fortsatte att ha ström medan många hem runt omkring dem blev mörka. Det skulle vara kostnadseffektivt, hon säger, att betala vissa industrier som använder enorma mängder el för att minska sin energiförbrukning under några dagar för att hålla hemmen varma. Denna process kallas "efterfrågan-svar, " och Lott säger att det redan finns exempel på att den här metoden används av vissa verktyg dagligen. "Du i ditt hem kan göra detta genom att ha en termostat som fjärrstyrs av ditt verktyg och de säger, Hallå, på sommaren kommer vi att betala dig ungefär tio dollar för att låta oss sätta på och stänga av din luftkonditionering i trettio minuter (när det behövs)."

Alla dessa idéer övervägs när planerare diskuterar framtiden för energinätet. Men hur framtidens rutnät än kan se ut, experter säger att riktade investeringar i nätmodernisering och motståndskraft kommer att minska kostnaderna över tid – vilket sparar ekonomin miljarder dollar och minskar de svårigheter som miljontals amerikaner upplever när extremt väder slår till.

Den här historien är återpublicerad med tillstånd av Earth Institute, Columbia University http://blogs.ei.columbia.edu.