การเก็บพลังงาน

การเก็บพลังงาน (อังกฤษ: Energy storage) สามารถทำได้โดยอุปกรณ์หรือตัวกลางทางกายภาพเพื่อนำมาใช้ในกระบวนการที่เป็นประโยชน์ในภายหลัง, อุปกรณ์เก็บพลังงานบางครั้งเรียกว่าตัวสะสมพลังงาน (อังกฤษ: accumulator).

พลังงานหลายรูปแบบสามารถสร้างงานที่มีประโยชน์, การผลิตความร้อนหรือความเย็นเพื่อตอบสนองความต้องการของสังคม. รูปแบบเหล่านี้รวมถึงพลังงานเคมี, พลังงานแรงโน้มถ่วง, พลังงานไฟฟ้า, ความแตกต่างของอุณหภูมิ, ความร้อนแฝง, และพลังงานจลน์. การเก็บพลังงานเกี่ยวข้องกับการแปลงพลังงานจากรูปแบบที่ยากในการเก็บ (เช่นไฟฟ้า, พลังงานจลน์ ฯลฯ) เพื่อให้อยู่ในรูปแบบที่สามารถจัดเก็บสะดวกกว่าหรือประหยัดกว่า. เทคโนโลยีบางอย่างสามารถเก็บพลังงานได้ระยะสั้น, และบางอย่างก็สามารถเก็บได้ระยะยาวกว่ามากเช่นการแปลงกำลังงานให้เป็นแก๊สโดยใช้แก๊สไฮโดรเจนหรือแก๊สมีเทน, และการเก็บรักษาความร้อนหรือเย็นระหว่างฤดูกาลที่ตรงข้ามกันในชั้นหินอุ้มน้ำลึกหรือหินแข็งชั้นล่างที่อยู่ใต้ชั้นดินและทราย. นาฬิกาแบบไขลานสามารถเก็บพลังงานศักย์ (ในกรณีนี้ใช้กลไกในความตึงของสปริง), แบตเตอรี่แบบชาร์จประจุใหม่ได้ก็เก็บพลังงานเคมีที่แปลงสภาพแล้วเพื่อใช้งานโทรศัพท์มือถือ, และเขื่อนไฟฟ้าพลังน้ำเก็บพลังงานในอ่างเก็บน้ำเป็นพลังงานศักย์จากแรงโน้มถ่วง. ถังเก็บน้ำแข็งเก็บน้ำแข็ง (พลังงานความเย็นในรูปแบบของความร้อนแฝง) ในเวลากลางคืนเพื่อตอบสนองความต้องการใช้สูงสุดทำความเย็น. เชื้อเพลิงฟอสซิลเช่นถ่านหินและน้ำมันเก็บพลังงานโบราณที่ได้มาจากแสงแดดโดยสิ่งมีชีวิตที่เสียชีวิตไปแล้ว, ถูกฝังกลบและเมื่อเวลาผ่านไปได้แปลงไปเป็นเชื้อเพลิงเหล่านี้. แม้แต่อาหาร (ซึ่งถูกทำขึ้นโดยกระบวนการเดียวกันกับเชื้อเพลิงฟอสซิล) เป็นรูปแบบหนึ่งของพลังงานที่เก็บไว้ในรูปแบบของสารเคมี.

การเก็บพลังงานด้วยกระบวนการทางธรรมชาติเก่าแก่เท่ากับตัวจักรวาลเอง - พลังงานที่ปรากฏขึ้นเมื่อมีการก่อตัวเริ่มแรกของจักรวาลได้รับการจัดเก็บไว้ในดวงดาวเช่นดวงอาทิตย์, และตอนนี้กำลังถูกนำมาใช้โดยมนุษย์โดยตรง (เช่นผ่านความร้อนจากแสงอาทิตย์) หรือโดยอ้อม (เช่นโดยปลูกพืชหรือการแปลงเป็นไฟฟ้าในเซลล์แสงอาทิตย์).

สำหรับกิจกรรมอย่างหนึ่งที่มุ่งสู่วัตถุประสงค์, การเก็บพลังงานมีมาตั้งแต่ก่อนประวัติศาสตร์, แม้ว่ามันมักจะไม่ได้รับการยอมรับอย่างชัดเจนว่าเป็นเช่นนั้น. ตัวอย่างของการเก็บพลังงานทางกลโดยเจตนาคือการใช้ท่อนไม้หรือก้อนหินเป็นมาตรการป้องกันในป้อมโบราณ-ท่อนไม้หรือก้อนหินจะถูกเก็บรวบรวมไว้ที่ด้านบนของเนินเขาหรือกำแพง, และพลังงานที่เก็บไว้จึงถูกใช้เพื่อโจมตีผู้บุกรุกที่เข้ามาภายในระยะ.

ลักษณะการนำมาใช้ล่าสุดอันหนึ่งก็คือการควบคุมของทางน้ำไหลเพื่อขับกังหันน้ำสำหรับการสีเมล็ดพืชหรือการให้กำลังเครื่องจักร. ระบบที่ซับซ้อนของอ่างเก็บน้ำและเขื่อนถูกสร้างขึ้นเพื่อจัดเก็บและปล่อยน้ำ (และพลังงานศักย์ที่มันเก็บไว้) เมื่อต้องการ.

การจัดเก็บพลังงานช่วยให้มนุษย์สามารถสร้างความสมดุลของอุปสงค์และอุปทานของพลังงาน. ระบบการจัดพลังงานในเชิงพาณิชย์ในวันนี้สามารถแบ่งออกกว้าง ๆ เป็นแบบเครื่องกล, ไฟฟ้า, เคมี, ชีวภาพและความร้อน.

การจัดเก็บพลังงานได้กลายเป็นปัจจัยสำคัญในการพัฒนาเศรษฐกิจด้วยการแนะนำอย่างกว้างขวางในการผลิตไฟฟ้า. ซึ่งแตกต่างจากการจัดเก็บพลังงานอื่น ๆ โดยทั่วไปในการใช้งานแบบเก่าก่อนเช่นไม้หรือถ่านหิน, ไฟฟ้าจะต้องใช้ในขณะที่มันกำลังถูกสร้างขึ้น, หรือกำลังถูกเปลี่ยนโดยทันทีให้เป็นรูปแบบของพลังงานอื่นเช่นศักย์, จลน์, หรือเคมี. วิธีการแบบดั้งเดิมของการจัดเก็บพลังงานขนาดใหญ่จะทำผ่านการใช้ไฟฟ้าพลังน้ำที่ถูกสูบขึ้นมาเก็บไว้. บางพื้นที่ของโลกเช่นนอร์เวย์, วอชิงตันและโอเรกอนในประเทศสหรัฐอเมริกา, และเวลส์ในสหราชอาณาจักร, ได้ใช้ลักษณะทางภูมิศาสตร์เพื่อจัดเก็บปริมาณมากของน้ำในอ่างเก็บน้ำที่ยกสูงขึ้น, โดยใช้กระแสไฟฟ้าส่วนเกินในช่วงเวลาของความต้องการต่ำเพื่อสูบน้ำขึ้นไปเก็บไว้ในอ่างเก็บน้ำของพวกเขา. จากนั้น สิ่งอำนวยความสะดวกจะปล่อยน้ที่ผ่านเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบกังหันและแปลงพลังงานศักย์ที่เก็บไว้กลับไปเป็นไฟฟ้าเมื่อความต้องการใช้ไฟฟ้ามีปริมาณสูง. ในอีกตัวอย่างหนึ่ง ไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบ-เก็บในนอร์เวย์มีกำลังการผลิตทันทีที่ 25-30 GW ที่สามารถขยายได้ถึง 60 GW - พอที่จะเป็นแบตเตอรี่ให้กับยุโรป-ด้วยความพยายามที่กำลังดำเนินการในปี 2014 เพื่อขยายการเชื่อมโยงการถ่ายโอนพลังงานของมันกับประเทศเยอรมนี.

อีกวิธีหนึ่งในช่วงต้นในการแก้ไขปัญหาการจัดเก็บพลังงานสำหรับวัตถุประสงค์ทางไฟฟ้าเพื่อการพัฒนาแบตเตอรี่เพิ่อให้เป็นอุปกรณ์จัดเก็บแบบเคมีไฟฟ้า. แบตเตอรี่ก่อนหน้านี้ถูกจำกัดการใช้ในระบบพลังงานไฟฟ้าเนื่องจากกำลังการผลิตที่ค่อนข้างเล็กและค่าใช้จ่ายที่สูงของพวกมัน. อย่างไรก็ตามตั้งแต่ประมาณช่วงกลางของทศวรรษแรกของศตวรรษที่ 21 เทคโนโลยีของแบตเตอรี่ที่ใหม่กว่าได้รับการพัฒนาที่ตอนนี้มีความสามารถให้โหลดปรับได้ในขนาดสาธารณูปโภค (ยูทิลิตี้สเกล) และความสามารถในการควบคุมความถี่อย่างมีนัยสำคัญ. ณ ปี 2013 บางส่วนของเคมีของแบตเตอรี่ใหม่ได้แสดงให้เห็นคำมั่นของการเป็นตัวแข่งขันกับวิธีการจัดเก็บพลังงานชนิดอื่น. (ดูที่แบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ด้านล่าง)

วิธีการขนาดใหญ่ของการจัดเก็บพลังงานเชิงพาณิชย์อื่น ๆ ที่เป็นไปได้ ได้แก่ : ล้อตุนกำลัง (อังกฤษ: flywheel), การจัดเก็บพลังงานอากาศอัด, การเก็บรักษาไฮโดรเจน, การเก็บพลังงานอุณหภูมิ (อังกฤษ: thermal energy), และการเปลี่ยนพลังงานให้เป็นแก๊ส (อังกฤษ: power to gas). การประยุกต์ใช้ในเชิงพาณิชย์ขนาดเล็ก-วิธีการเก็บรักษาเฉพาะรวมถึง flywheels, ตัวเก็บประจุ, และ ตัวเก็บประจุยิ่งยวด.

ในปี 1980s ผู้ผลิตจำนวนมากได้ทำการวิจัยอย่างรอบคอบเกี่ยวกับการจัดเก็บพลังงานอุณหภูมิ (อังกฤษ: thermal energy storage (TES)) เพื่อตอบสนองความต้องการที่เพิ่มขึ้นสำหรับการปรับอากาศในช่วงชั่วโมงเร่งด่วน. วันนี้หลายบริษัทได้ผลิตระบบ TES. รูปแบบที่นิยมมากที่สุดของการเก็บรักษาพลังงานอุณหภูมิสำหรับการให้ความเย็นคือการเก็บรักษาในน้ำแข็ง, เพราะมันสามารถเก็บพลังงานได้มากกว่าในพื้นที่น้อยกว่าการจัดเก็บน้ำและยังมีค่าใช้จ่ายน้อยกว่าพลังงานที่ถูกกู้คืนโดยเซลล์เชื้อเพลิงหรือ flywheels. ในปี 2009 ที่เก็บอุณหถูมิถูกใช้ในกว่า 3,300 อาคารในกว่า 35 ประเทศ. มันทำงานโดยสร้างน้ำแข็งในเวลากลางคืนเมื่อไฟฟ้ามักจะมีค่าใช้จ่ายน้อยกว่า, จากนั้นใช้น้ำแข็งเพื่อทำให้อากาศเย็นในอาคารในช่วงเวลากลางวันที่ร้อนมาก

ความร้อนแฝงนอกจากนี้ยังสามารถถูกเก็บไว้ในวัสดุเปลี่ยนเฟส (อังกฤษ: Phase-change material (PCM)) ทางเทคนิค, นอกจากน้ำแข็ง. วัสดุเหล่านี้สามารถ, ตัวอย่างเช่น, ถูกห่อหุ้มในแผ่นฝาผนังและฝ้าเพดาน, เพื่อปรับอุณหภูมิห้องให้อยู่ในระดับปานกลางระหว่างกลางวันและกลางคืน.

อีกรูปแบบหนึ่งของการเก็บรักษาอุณหภูมิที่ได้รับการพัฒนามาตั้งแต่ปี 1970s ที่ตอนนี้มักใช้เป็นที่เก็บพลังงานอุณหภูมิตามฤดูกาล (อังกฤษ: seasonal thermal energy storage (STES)). มันจะช่วยให้ความร้อนหรือเย็นจะถูกใช้ได้หลายเดือนหลังจากที่มันถูกเก็บมาจากการพลังงานสูญเปล่าหรือแหล่งธรรมชาติ, แม้แต่ในฤดูที่ตรงข้ามกัน. การเก็บอุณหภูมิอาจจะประสบความสำเร็จในชั้นหินอุ้มน้ำ, กลุ่มของหลุมเจาะในพื้นผิวทางธรณีวิทยาที่หลากหลายเช่นเดียวกับทรายหรือหินผลึก, ในหลุมเรียงรายที่เต็มไปด้วยกรวดและน้ำ, หรือการทำเหมืองแร่แบบเติมน้ำ. ตัวอย่างหนึ่งคืออัลเบอร์ต้า, ชุมชนแสงอาทิตย์สาดส่องแห่ง Drake ของแคนาดา, ซึ่ง 97% ของความร้อนตลอดทั้งปีได้รับจากตัวสะสมพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์บนหลังคาโรงจอดรถ, กับการจัดเก็บพลังงานอุณหภูมิแบบหลุมเจาะ (BTES) เป็นเทคโนโลยีผู้ช่วย. โครงการ STES มักจะสามารถจ่ายคืนในช่วงสี่ถึงหกปี.

เชื้อเพลิงสารเคมีได้กลายเป็นรูปแบบที่โดดเด่นของการจัดเก็บพลังงาน, ทั้งในการผลิตไฟฟ้าและการขนส่งพลังงาน. เชื้อเพลิงสารเคมีที่ใช้กันทั่วไปได้แก่ถ่านหินที่ผ่านขบวนการแล้ว, น้ำมัน, เชื้อเพลิงดีเซล, ก๊าซธรรมชาติ, ก๊าซปิโตรเลียมเหลว (LPG), โพรเพน, บิวเทน, เอทานอล, และไบโอดีเซล. ทั้งหมดของวัสดุเหล่านี้จะถูกแปลงได้อย่างง่ายดายให้เป็นพลังงานกลและจากนั้นทำให้เป็นพลังงานไฟฟ้าโดยใช้เครื่องยนต์ความร้อน (ผ่านกังหันหรือเครื่องยนต์สันดาปภายในอื่น ๆ, หรือหม้อไอน้ำหรือเครื่องยนต์สันดาปภายนอกอื่น ๆ) เพื่อใช้ในการกำเนิดไฟฟ้า. เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์ความร้อนเกือบเป็นของสากล, มีตั้งแต่เครื่องยนต์ขนาดเล็กที่ผลิตไฟฟ้าได้ไม่กี่กิโลวัตต์ถึงเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดยูทิลิตี้สเกลที่มีกำลังการผลิตได้ถึง 800 เมกะวัตต์. ข้อเสียที่สำคัญสำหรับเชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอนก็คือการปล่อยก๊าซเรือนกระจกของพวกมันอย่างมีนัยสำคัญที่ทำให้เกิดภาวะโลกร้อนเช่นเดียวกับสารมลพิษที่สำคัญอื่น ๆ ที่ปล่อยออกมาจากแหล่งเชื้อเพลิงที่สกปรกเช่นถ่านหินและน้ำมัน.

เชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอนของเหลวที่ใช้กันมากที่สุดรูปแบบของการจัดเก็บพลังงานสำหรับใช้ในการขนส่ง แต่เป็นเพราะเกิดปฏิกิริยาที่ใช้พลังงานเชื้อเพลิงเหลวเหล่านี้ (เผาไหม้) การผลิตก๊าซเรือนกระจกให้บริการอื่น ๆ เช่นพลังงานไฮโดรเจนสามารถนำมาใช้เพื่อหลีกเลี่ยงการผลิตของ ก๊าซเรือนกระจก

เทคโนโลยีที่ก้าวหน้าหลายอย่างได้รับการสืบหาและกำลังได้รับการพัฒนาเชิงพาณิชย์, รวมทั้ง flywheels, ซึ่งสามารถเก็บพลังงานจลน์, และแรงอัดอากาศที่สามารถฉีดเข้าไปในถ้ำใต้ดินและเหมืองร้างในการจัดเก็บพลังงานศักย์.

เซลล์เชื้อเพลิงที่เก็บพลังงานได้ (อังกฤษ: Regenerative fuel cell) หรือเซลล์เชื้อเพลิงย้อนกลับ (อังกฤษ: Reverse fuel cell (RFC)) เป็นเซลล์เชื้อเพลิงที่ทำงานในโหมดย้อนกลับ, ซึ่งบริโภคไฟฟ้าและสารเคมี B เพื่อผลิตสารเคมี A. ตามนิยาม, กระบวนการของเซลล์เชื้อเพลิงใด ๆ สามารถทำแบบย้อนกลับได้. อย่างไรก็ตาม อุปกรณ์ใด ๆ มักจะถูกผลิตออกมาให้เหมาะสำหรับการใช้งานในโหมดหนึ่งและอาจจะไม่ถูกสร้างขึ้นในลักษณะที่จะสามารถทำงานย้อนกลับได้. เซลล์เชื้อเพลิงมาตรฐานที่ทำงานย้อนกลับโดยทั่วไปจะไม่ทำให้ระบบมีประสิทธิภาพมากนอกเสียจากพวกมันจะถูกสร้างขึ้นเพื่อวัตถุประสงค์ให้ทำเช่นนั้นเหมือนกับเครื่องเช่นอิเล็กโตรไลเซอร์แรงดันสูง, เซลล์เชื้อเพลิงที่เก็บพลังงานได้, solid-oxide electrolyser cells และ unitized regenerative fuel cells. (อ่านเพิ่มเติม en:Regenerative fuel cell)

อีกวิธีหนึ่งที่ทันสมัยที่ใช้ในโครงการพลังงานแสงอาทิตย์ในประเทศสหรัฐอเมริกาและหอพลังงานแสงอาทิตย์ที่ Tres ในประเทศสเปนจะใช้เกลือเหลวเพื่อจัดเก็บพลังงานความร้อนที่จับมาได้จากพลังงานแสงอาทิตย์, แล้วแปลงมันให้เป็นพลังงานไฟฟ้าเมื่อมีความจำเป็น. ระบบจะปั๊มเกลือเหลวผ่านหอหรือท่อพิเศษอื่น ๆ ที่กระทบความร้อนเข้มข้นจากรังสีของดวงอาทิตย์. ถังหุ้มฉนวนจะเก็บสารละลายเกลือร้อนไว้, และเมื่อจำเป็นต้องใช้น้ำจะถูกนำมาใช้ในการสร้างไอน้ำที่จะป้อนให้กับกังหันเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า.

การวิจัยยังถูกดำเนินการเพื่อเก็บเกี่ยวประโยชน์จากผลกระทบแบบควอนตัมของตัวเก็บประจุที่มีขนาดระดับนาโนในการสร้างแบตเตอรี่ควอนตัมดิจิตอล. แม้ว่าเทคโนโลยีนี้ยังอยู่ในขั้นตอนการทดลอง, ในทางทฤษฎีมันมีศักยภาพในการให้ความสามารถในการจัดเก็บพลังงานเพิ่มขึ้นเป็นอย่างมาก.

การจัดเก็บพลังงานจากกริด (หรือการจัดเก็บพลังงานขนาดใหญ่) ช่วยให้ผู้ผลิตพลังงานไฟฟ้าส่งไฟฟ้าส่วนเกินเข้าไปในกริดการส่งกระแสไฟฟ้าไปยังสถานที่จัดเก็บกระแสไฟฟ้าชั่วคราวที่ต่อมากลายเป็นผู้จ่ายพลังงานเมื่อความต้องการใช้ไฟฟ้าสูงขึ้น. การจัดเก็บพลังงานไฟฟ้าเป็นสิ่งสำคัญโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการจับคู่อุปสงค์และอุปทานในช่วงระยะเวลา 24 ชั่วโมง.

ตัวแปรที่นำเสนอของการจัดเก็บพลังงานไฟฟ้าเรียกว่าระบบจัดเก็บพลังงานยานพาหนะให้กับกริด (อังกฤษ: vehicle-to-grid), ที่ซึ่งยานพาหนะไฟฟ้าที่ทันสมัยที่มีการเสียบเข้ากับกริดพลังงานสามารถปล่อยพลังงานไฟฟ้าที่เก็บไว้ในแบตเตอรี่ของพวกมันกลับเข้าไปในกริดเมื่อมีความจำเป็น.

หลายแหล่งพลังงานหมุนเวียน (ส่วนใหญ่ได้แก่แสงอาทิตย์และลม) ผลิตไฟฟ้าได้ไม่สม่ำเสมอ. ที่ไหนก็ตามที่แหล่งพลังงานไม่สม่ำเสมอถูกใช้ถึงจุดสูงสุดของกริด, การจัดเก็บพลังงานจะกลายเป็นหนึ่งในตัวเลือกที่จะให้พลังงานที่เชื่อถือได้. โครงการการจัดเก็บพลังงานแต่ละแห่งสามารถเสริมกริดไฟฟ้าได้โดยจับพลังงานไฟฟ้าส่วนเกินในช่วงที่มีความต้องการต่ำและเก็บไว้ในรูปแบบอื่น ๆ จนกระทั้งกริดไฟฟ้าต้องการมัน. พลังงานจะถูกแปลงในภายหลังกลับไปในรูปแบบไฟฟ้าและกลับไปที่กริดได้ตามต้องการ.

รูปแบบทั่วไปของการจัดเก็บพลังงานหมุนเวียนรวมถึงไฟฟ้าพลังน้ำจัดเก็บด้วยการสูบ, ซึ่งได้เก็บรักษากำลังการผลิตรวมที่ใหญ่ที่สุดของพลังงานที่เก็บไว้ทั่วโลกไว้เป็นเวลานาน, เช่นเดียวกับระบบแบตเตอรี่ที่สามารถชาร์จไฟใหม่ได้, การเก็บพลังงานอุณหภูมิที่รวมทั้งเกลือหลอมเหลวซึ่งสามารถจัดเก็บและปล่อยพลังงานความร้อนปริมาณมากได้อย่างมีประสิทธิภาพ, และการจัดเก็บพลังงานลมอัด. ที่พบได้น้อยกว่า, รูปแบบเฉพาะของการจัดเก็บรวมถึงระบบจัดเก็บพลังงานแบบ Flywheel, การใช้พลังงานที่เก็บในภาวะเย็นยิ่งยวดและขดลวดแม่เหล็กนำกระแสยิ่งยวด.

ตัวเลือกอื่น ๆ รวมถึงการหันไปพึ่งโรงไฟฟ้าแบบจุดยอด (อังกฤษ: peaking power plant) ที่ใช้แก๊สมีเทนที่ได้จากขบวนการเปลี่ยนไฟฟ้าให้เป็นแก๊สและการจัดเก็บ (ในกรณีนี้ไฟฟ้าส่วนเกินจะถูกแปลงเป็นไฮโดรเจนโดยวิธีการ electrolysis, รวมกับ CO2 (ระบบ CO2 ระดับต่ำถึงขนาดกลาง) เพื่อผลิตก๊าซมีเทน (ก๊าซธรรมชาติสังเคราะห์ผ่านกระบวนการ Sabatier) กับคลังเก็บของในเครือข่ายของก๊าซธรรมชาติ) และสมาร์ทกริด กับการบริหารจัดการความต้องการพลังงานขั้นสูง. ตัวหลังเกี่ยวข้องกับการนำ "ราคากับอุปกรณ์", เช่นการทำอุปกรณ์ไฟฟ้าและเครื่องใช้ไฟฟ้าที่สามารถปรับการทำงานของตนเพื่อหาราคาที่ต่ำสุดของกระแสไฟฟ้า. ในกริดที่มีการใช้งานของพลังงานหมุนเวียนสูง, ราคาที่ต่ำจะสอดคล้องกับช่วงเวลาของลมและ/หรือแสงแดดที่มีสูง.

วิธีการจัดเก็บพลังงานอีกแบบหนึ่งก็คือการบริโภคส่วนเกินหรือพลังงานต้นทุนต่ำ (โดยปกติในช่วงเวลากลางคืน) สำหรับการแปลงให้เป็นทรัพยากรเช่นน้ำร้อน, น้ำเย็นหรือน้ำแข็ง, ที่ใช้เพื่อให้ความร้อนหรือความเย็นในช่วงเวลาอื่น ๆ เมื่อกระแสไฟฟ้าอยู่ในระดับความต้องการที่สูงและที่ค่าใช้จ่ายต่อกิโลวัตต์ชั่วโมง (kWh) ที่มากขึ้น. การเก็บพลังงานอุณหภูมิดังกล่าวมักจะถูกใช้งานที่สถานที่ของผู้ใช้สุดท้ายเช่นอาคารขนาดใหญ่, เป็นส่วนหนึ่งของการให้ความร้อนในพื้นที่อยู่อาศัย, จึงเป็นการ 'เลื่อน' การบริโภคพลังงานไปในช่วงเวลาอื่น ๆ เพื่อความสมดุลของอุปสงค์และอุปทานที่ดีขึ้น.

การจัดเก็บพลังงานอุณหภูมิตามฤดูกาล (STES) จะจัดเก็บความร้อนลึกลงไปในพื้นดินผ่านทางกลุ่มของหลุมเจาะ. ชุมชนพลังงานแสงอาทิตย์ตกอินที่เมือง Drake ในแอลเบอร์ตา, แคนาดาได้ประสบความสำเร็จในการเก็บเศษของพลังงานแสงอาทิตย์ได้ถึง 97% เพื่อให้ความร้อนตลอดทั้งปี, ด้วยตัวสะสมพลังงานแสงอาทิตย์บนหลังคาโรงรถเป็นแหล่งความร้อน. ใน Braestrup, เดนมาร์ก, ระบบให้ความร้อนของเขตจากพลังงานแสงอาทิตย์ของชุมชนก็ใช้ STES เช่นกันที่อุณหภูมิการเก็บรักษา 65 ?C (149 ?F). ปั๊มความร้อน, ซึ่งจะทำงานเฉพาะเมื่อมีพลังงานลมส่วนเกินในกริดแห่งชาติ, จะถูกใช้เพื่อสกัดความร้อนจากที่จัดเก็บเพื่อเพิ่มอุณหภูมิให้ถึง 80 ?C (176 ?F) สำหรับการกระจาย. วิธีการนี้จะช่วยกริดแห่งชาติให้มีเสถียรภาพ, เช่นเดียวกับการมีส่วนร่วมเพื่อการใช้พลังงานลมให้มีประโยชน์สูงสุด. เมื่อลมส่วนเกินในการผลิตไฟฟ้าไม่เพียงพอให้ใช้ได้, หม้อต้มด้วยก๊าซจะถูกใช้แทน. ปัจจุบัน 20% ของความร้อนของ Braestrup มาจากแสงอาทิตย์, แต่การขยายตัวของสิ่งอำนวยความสะดวกได้วางแผนที่จะเพิ่มให้ถึง 50%.

ในปี 2011 สำนักบริหารพลังงานแห่ง Bonneville ในทิศตะวันตกเฉียงเหนือของสหรัฐได้สร้างโปรแกรมการทดลองเพื่อดูดซับลมส่วนเกินและไฟฟ้าพลังน้ำที่สร้างขึ้นในเวลากลางคืนหรือในช่วงที่มีพายุที่จะมาพร้อมกับลมแรง. ภายใต้การควบคุมจากส่วนกลางด้วยคอมพิวเตอร์, เครื่องใช้ในบ้านในภูมิภาคนี้ได้รับคำสั่งให้ดูดซับพลังงานส่วนเกินในช่วงเวลาดังกล่าวโดยให้ความร้อนกับอิฐเซรามิกในเครื่องทำความร้อนพื้นที่พิเศษให้ได้หลายร้อยองศา, และโดยเพิ่มอุณหภูมิของถังเครื่องทำความร้อนที่ถูกโมดิฟายด์อีกด้วย. หลังจากที่ถูกประจุอย่างเต็มที่, เครื่องใช้ไฟฟ้าภายในบ้านที่หุ้มฉนวนเป็นอย่างดีจะให้ความร้อนและน้ำร้อนกับบ้านในเวลาต่อมาตามต้องการ. ระบบที่ทดลองได้ถูกสร้างขึ้นเป็นผลมาจากพายุรุนแรงในปี 2010 ที่ได้ผลิตพลังงานหมุนเวียนมากเกินกำลังในภาคตะวันตกเฉียงเหนือของสหรัฐในขนาดที่ว่าแหล่งพลังงานดั้งเดิมทั้งหมดถูกปิดตัวลงอย่างสมบูรณ์, หรือในกรณีของโรงงานไฟฟ้านิวเคลียร์, ได้ลดลงถึงระดับต่ำสุดในการดำเนินงานที่เป็นไปได้, ปล่อยให้แนวขนาดใหญ่ของภูมิภาคมีการใช้งานเกือบสมบูรณ์จากพลังงานหมุนเวียน. .

รัฐบาลเยอรมันได้จัดสรร € 200M (ประมาณ US$ 270M) สำหรับการวิจัยขั้นสูง, รวมทั้งอีก € 50M เพื่ออุดหนุนการจัดเก็บแบตเตอรี่สำหรับใช้กับแผงเซลล์แสงอาทิตย์บนชั้นดาดฟ้าที่อยู่อาศัย, ตามคำพูดของตัวแทนของสมาคมเก็บพลังงานเยอรมัน.

การประเมินมูลค่าทางเศรษฐกิจของการประยุกต์ใช้งานขนาดใหญ่ (รวมทั้งการจัดเก็บแบบสูบน้ำและการเก็บอากาศบีบอัด) จะต้องประเมินผลประโยชน์ต่าง ๆ รวมถึง: การหลีกเลี่ยงการลดแรงลม, การหลีกเลี่ยงความแออัดของกริด, การเก็งกำไรราคา, และการจัดส่งพลังงานที่ไม่มีคาร์บอน. ในการประเมินทางเทคนิคครั้งหนึ่งโดยศูนย์อุตสาหกรรมไฟฟ้า Carnegie Mellon, เป้าหมายทางเศรษฐกิจอาจสามารถทำได้ด้วยแบตเตอรี่ถ้าการจัดเก็บพลังงานสามารถทำได้ในราคาทุนที่ $ 30 ถึง $ 50 ต่อกิโลวัตต์ชั่วโมงของความจุการเก็บ.

ในปี 2014, การวิจัยและศูนย์ทดสอบหลายแห่งเปิดให้มีการประเมินเทคโนโลยีและประสิทธิภาพการจัดเก็บพลังงาน. ในหมู่พวกเหล่านั้นในประเทศสหรัฐอเมริกาคือห้องปฏิบัติการการทดสอบระบบขั้นสูงที่มหาวิทยาลัยวิสคอนซินเมดิสัน, ในรัฐวิสคอนซิน, ซึ่งร่วมมือกับกลุ่มบริษัทข้ามชาติ (และผู้ผลิตแบตเตอรี่) Johnson Controls. ห้องปฏิบัติการได้ถูกสร้างขึ้นเป็นส่วนหนึ่งของสถาบันพลังงานแห่งวิสคอนซินที่เพิ่งเปิดใหม่ของมหาวิทยาลัย. เป้าหมายของพวกเขารวมถึงการประเมินแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าที่ได้พัฒนาชั้นสูงขึ้นมาใหม่และเป็น next generation, รวมถึงการใช้งานของแบตเตอรี่เหล่านั้นเมื่อพวกมันมีการเชื่อมต่อกับกริดไฟฟ้าเพื่อเสริมกับกริดไฟฟ้าในระหว่างที่มีความต้องการไฟฟ้าขึ้นสูงสุด, ตามคำกล่าวของศาสตราจารย์ทอม Jahns.

นอกจากนี้ในปี 2014 รัฐนิวยอร์กได้เปิดตัวการทดสอบและศูนย์บริการเชิงพาณิชย์สำหรับแบตเตอรี่และเทคโนโลยีการจัดเก็บพลังงานของนิวยอร์ก (NY-BEST) ที่อีสต์แมน Business Park ในโรเชสเตอร์, รัฐนิวยอร์ก, ค่าใช้จ่ายที่ $ 23 ล้านสำหรับห้องปฏิบัติการของศูนย์ขนาด เกือบ 1,700 m2. ศูนย์, สมาคมร่วมค้าอันหนึ่ง, ยังประกอบด้วยศูนย์ระบบพลังงานในอนาคต, ซึ่งเป็นการทำงานร่วมกันระหว่างมหาวิทยาลัยคอร์เนลของอิธาก้า, รัฐนิวยอร์ก กับสถาบันโพลีเทคนิค Rensselaer ในเมืองทรอย, รัฐนิวยอร์ก. NY-BEST จะดำเนินการทดสอบ, การตรวจสอบและให้การรับรองอย่างเป็นอิสระในรูปแบบที่หลากหลายของการจัดเก็บพลังงานที่มีวัตถุประสงค์ที่จะไว้ใช้ในเชิงพาณิชย์. ผู้อำนวยการศูนย์กล่าวว่าในปัจจุบันมีชาวนิวยอร์ก 3,000 คนกำลังทำงานอยู่ในอุตสาหกรรมการจัดเก็บพลังงาน, คาดว่าจะเติบโตในที่สุดถึง 40,000 คนเมื่อภาคอุตสาหกรรมเจริญเต็มที่.

ในสหราชอาณาจักร ประมาณงสิบสี่ภาคอุตสาหกรรมและหน่วยงานภาครัฐร่วมมือกันกับเจ็ดมหาวิทยาลัยของอังกฤษในเดือนพฤษภาคม 2014 เพื่อสร้างศูนย์การเก็บพลังงาน SUPERGEN เพื่อช่วยในการประสานงานการวิจัยและการพัฒนาเทคโนโลยีการจัดเก็บพลังงาน.

กลุ่มซีเมนส์เอจีของเยอรมนีเริ่มการทดสอบการใช้งานของระบบสำหรับโรงงานผลิต-วิจัยที่จะเปิดในปี 2015 ที่ Zentrum f?r Sonnenenergie und Wasserstoff (ZSW ศูนย์พลังงานแสงอาทิตย์และการวิจัยไฮโดรเจนเยอรมันในรัฐ Baden-W?rttemberg), การทำงานร่วมกันของอุตสาหกรรมกับหลายมหาวิทยาลัยใน Stuttgart, Ulm และ Widderstall, มีพนักงานประมาณ 350 คนเป็นนักวิทยาศาสตร์, นักวิจัย, วิศวกร, และช่างเทคนิค. โรงงานจะพัฒนาวัสดุที่ใกล้การผลิตและกระบวนการใหม่ (NPMM & P) โดยใช้ระบบการควบคุมกำกับดูแลคอมพิวเตอร์และการได้มาซึ่งข้อมูล (SCADA). เป้าหมายของมันจะช่วยให้การขยายตัวของการผลิตแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้เพื่อให้มีทั้งคุณภาพที่เพิ่มขึ้นและลดต้นทุนการผลิต.

มวล 1 กิโลกรัม, ถูกยกขึ้นสูง 1,000 เมตรจะเก็บพลังงานโน้มถ่วงได้ 9.8 กิโลจูล, ซึ่งเทียบเท่ากับมวล 1 กก. เร่งความเร็วถึง 140 เมตร/วินาที. เป็นปริมาณของพลังงานเดียวกันที่ใช้เพิ่มอุณหภูมิของน้ำ 1 กิโลกรัมให้มีอุณหภูมิสูงขึ้น 2.34 ?C.

พลังงานสามารถถูกเก็บไว้ในน้ำที่ถูกสูบให้อยู่ในระดับที่สูงขึ้นโดยใช้วิธีการเก็บรักษาแบบสูบ (อังกฤษ: pumped storage method) และโดยย้ายของแข็งไปยังสถานที่ที่สูงขึ้นเช่นกัน. หลายบริษัท เช่น Energy Cache และ Advanced Rail Energy Storage (ARES) กำลังทำงานเกี่ยวกับเรื่องนี้. วิธีทางกลเชิงพาณิชย์อื่น ๆ รวมถึงการบีบอัดอากาศและการปั่น flywheels ขนาดใหญ่ที่แปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานจลน์, และค่อยเปลี่ยนกลับมาเป็นไฟฟ้าอีกครั้งเมื่อความต้องการไฟฟ้าขึ้นสู่ยอด.

การจัดเก็บไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบทั่วโลกเป็นรูปแบบความจุที่ใหญ่ที่สุดในการจัดเก็บพลังงานกริดที่มีอยู่, และ, ณ เดือนมีนาคม 2012, สถาบันวิจัยพลังงานไฟฟ้า (EPRI) รายงานว่า PSH ขึ้นบัญชีไว้มากกว่า 99% ของความจุของที่เก็บขนาดใหญ่ทั่วโลก, คิดเป็นประมาณ 127,000 เมกะวัตต์. PSH รายงานประสิทธิภาพการใช้พลังงานแตกต่างกันในทางปฏิบัติระหว่าง 70% ถึง 80%, กับบางส่วนที่อ้างว่าสูงถึง 87%.

ในช่วงเวลาที่ความต้องการใช้ไฟฟ้าต่ำ, กำลังการผลิตส่วนเกินจะถูกใช้ในการสูบน้ำจากอ่างเก็บน้ำที่อยู่ต่ำกว่าไปยังอ่างเก็บน้ำที่อยู่สูงกว่า. เมื่อมีความต้องการสูงขึ้น, น้ำจะถูกปล่อยออกมากลับลงมาสู่อ่างเก็บน้ำ (หรือทางน้ำไหล) ด้านล่าง ผ่านกังหัน, ทำการผลิตกระแสไฟฟ้า. ชุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้า-กังหันกลับทางได้ (อังกฤษ: Reversible turbine-generator assemblies) จะทำหน้าที่เป็นทั้งเครื่องสูบน้ำและกังหัน (โดยปกติจะเป็นการออกแบบกังหันของฟรานซิส). การทำงานเกือบทั้งหมดใช้ความแตกต่างของความสูงระหว่างสองร่างกายตามธรรมชาติของน้ำหรืออ่างเก็บน้ำที่ประดิษฐ์ขึ้น. โรงงานที่เก็บกักแบบสูบอย่างเดียวจะเพียงแค่ย้ายน้ำจากอ่างเก็บน้ำหนึ่งไปยังอีกอ่างหนึ่งเท่านั้น, ในขณะที่ วิธีการ"ปั๊มกลับ" เป็นการผสมกันของโรงงานไฟฟ้าพลังน้ำแบบการจัดเก็บแบบสูบและโรงงานแบบธรรมดาที่ใช้กระแสไหลตามธรรมชาติ.

การจัดเก็บพลังงานอากาศอัด (CAES) เป็นวิธีการที่เก็บพลังงานที่สร้างขึ้นในเวลาหนึ่งสำหรับการใช้งานในอีกเวลาหนึ่งโดยใช้อากาศที่ถูกบีบอัด. ในระดับสาธารณูปโภค, พลังงานที่สร้างขึ้นในช่วงระยะเวลาของความต้องการพลังงานต่ำ (off-peak) จะถูกปล่อยออกมาเพื่อตอบสนองในช่วงเวลาที่มีความต้องการสูงขึ้น (peak load) . ระบบขนาดเล็กได้ถูกนำมาใช้ในการใช้งานเช่นการขับเคลื่อนหัวรถจักรในเหมือง. การใช้งานขนาดใหญ่จะต้องอนุรักษ์พลังงานความร้อนที่เกี่ยวข้องกับการบีบอัดอากาศ, การกระจายความร้อนจะลดประสิทธิภาพการจัดเก็บพลังงาน.

เทคโนโลยีสามารถจัดเก็บพลังงานในช่วง off-peak ที่มีต้นทุนต่ในรูปแบบของอากาศอัดในแหล่งเก็บกักใต้พื้นดิน. จากนั้น อากาศจะถูกปล่อยออกในช่วงเวลา peak load และ, โดยใช้เทคโนโลยี CAES แบบเก่า, ถูกทำให้ร้อนด้วยไอเสียร้อนจากของกังหันการเผาไหม้แบบมาตรฐาน. อากาศที่ถูกทำให้ร้อนนี้จะถูกแปลงให้เป็นพลังงานผ่านไปที่กังหันส่วนขยายเพื่อผลิตไฟฟ้าต่อไป. โรงงานที่ใช้ CAES ได้อยู่ในการดำเนินงานในเมืองแมคอินทอช, รัฐอลาบามาตั้งแต่ปี 1991 และได้ทำงานประสบความสำเร็จ. การนำไปใช้ในงานอื่น ๆ ก็สามารถเป็นไปได้. Walker Architects ได้ตีพิมพ์การใช้งานด้วยแก๊ส CO2 ครั้งแรก, ได้นำเสนอการใช้ CO2 ที่ถูกแยกตัว (อังกฤษ: sequestered carbondoxide) สำหรับการเก็บรักษาพลังงาน.

การบีบอัดของอากาศสร้างความร้อน; อากาศจะอุ่นขึ้นหลังจากการบีบอัด. การขยายตัวต้องใช้ความร้อน. ถ้าไม่มีความร้อนส่วนเกินที่เพิ่มเข้าไป, อากาศจะเย็นงมากหลังจากที่ขยายตัว. ถ้าความร้อนที่ถูกสร้างขึ้นในระหว่างการบีบอัดสามารถถูกจัดเก็บไว้ได้และถูกใช้ในระหว่างการขยายตัว, ประสิทธิภาพในการจัดเก็บจะดีขึ้นอย่างมาก. มีสามวิธีที่ระบบ CAES สามารถจัดการกับความร้อน. การจัดเก็บอากาศสามารถเป็นแบบ adiabatic, diabatic หรือ isothermal. หลายบริษัทยังได้ทำงานออกแบบสำหรับยานพาหนะโดยใช้พลังงานอากาศอัด.

บทความหลัก: Flywheel energy storage การจัดเก็บพลังงานแบบล้อตุนกำลัง (FES) ทำงานโดยเร่งความเร็วโรเตอร์ (flywheel) ให้มีความเร็วที่สูงมากและรักษาระดับพลังงานในระบบที่เรียกว่าพลังงานการหมุน (อังกฤษ: rotational energy) ด้วยการสูญเสียแรงเสียดทานน้อยที่สุดเท่าที่เป็นไปได้. เมื่อพลังงานถูกสกัดออกจากระบบ, ความเร็วในการหมุนของล้อตุนกำลังจะลดลงโดยเป็นผลมาจากหลักการของการอนุรักษ์พลังงาน; การเพิ่มพลังงานให้กับระบบส่งผลตามการเพิ่มความเร็วของล้อตุนกำลัง.

ระบบ FES ส่วนใหญ่ใช้ไฟฟ้าเพื่อเร่งและการชะลอความเร็วล้อตุนกำลัง, แต่อุปกรณ์ที่ใช้พลังงานกลโดยตรงกำลังถูกพัฒนาขึ้น.

ระบบ FES ขั้นสูงมีโรเตอร์ที่ทำจากวัสดุผสมคาร์บอนไฟเบอร์ที่มีความแข็งแรงสูง, แขวนไว้โดยแบริ่งแม่เหล็ก, และหมุนด้วยความเร็วตั้งแต่ 20,000 ถึง 50,000 รอบต่อนาทีในภาชนะสูญญากาศ. flywheels ดังกล่าวสามารถทำความเร็วได้ในไม่กี่นาที - ถึงกำลังการผลิตพลังงานของพวกมันได้รวดเร็วมากกว่าบางรูปแบบอื่น ๆ ของการจัดเก็บ. ระบบแบบหนึ่งประกอบด้วยโรเตอร์หนึ่งตัวแขวนโดยแบริ่งอยู่ภายในห้องสูญญากาศเพื่อลดแรงเสียดทาน, เชื่อมต่อกับชุดมอเตอร์ไฟฟ้าและเครื่องกำเนิดไฟฟ้า.

เมื่อเทียบกับวิธีอื่น ๆ ในการจัดเก็บไฟฟ้า, ระบบ FES มีอายุการใช้งานนาน (นานหลายทศวรรษด้วยการบำรุงรักษาที่น้อยหรือไม่มีเลย; อายุการใช้งานเต็มวงจรถูกอ้างว่า flywheels จะมีตั้งแต่เกิน 105 ถึง 107 รอบการใช้งาน) ความหนาแน่นของพลังงานสูง (100-130 วัตต์?h/กก. หรือ 360-500 กิโลจูล/กิโลกรัม) และกำลังไฟฟ้าส่งออกสูงสุดขนาดใหญ่.

แนวคิดใหม่กว่าที่เรียกว่าการจัดเก็บพลังงานศักย์หรือระบบการจัดเก็บพลังงานแรงโน้มถ่วง, ได้สร้างข้อเสนอบางอย่าง, อย่างน้อยหนึ่งในนั้นอยู่ภายใต้การพัฒนาที่ทำจริงจังในปี 2013 ในรัฐเนวาดาของสหรัฐในการร่วมมือกับผู้ประกอบการระบบอิสระแห่งแคลิฟอร์เนีย. ในการนี้ การจัดเก็บไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบเป็นรูปแบบหนึ่งของการจัดเก็บพลังงานศักย์ที่จะใช้น้ำ, รูปแบบที่ใหม่กว่ามีการคาดการณ์ถึงการเคลื่อนไหวของมวลที่แข็ง (เช่น hopper rail cars หรือโบกี้ขนแร่หรือพืชผลหรือดินธรรมดาขับเคลื่อนด้วยหัวรถจักรไฟฟ้า) จากที่ต่ำขึ้นสู่ที่สูง. จากนั้นมวลดินจะถูกเก็บไว้ที่นั่นที่ระดับความสูงที่สูงกว่าโดยไม่มีการสูญเสียประสิทธิภาพจนกระทั่งมีความต้องการใช้ไฟฟ้าที่จะต้องส่งกลับเข้าไปในกริด, ณ จุดนั้นมวลดินเหล่านั้นจะถูกส่งกลับไปยังตำแหน่งการจัดเก็บในระดับความสูงเดิมของพวกมันเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าในระหว่างเคลื่อนที่ลงมาด้านล่าง

ข้อดีของระบบดังกล่าว, ที่เรียกว่าการเก็บพลังงานจากรางขั้นสูง (อังกฤษ: Advanced Rail Energy Storage (ARES)), ได้แก่การจัดเก็บไม่มีกำหนดของพลังงานศักย์โดยไม่มีการสูญเสียประสิทธิภาพตามช่วงเวลา (แรงโน้มถ่วงไม่ลดขนาด), ค่าใช้จ่ายของวัสดุที่บรรทุกในโบกี้มีค่าต่ำเมื่อมีการใช้ดินหรือหิน, ไม่ได้ใช้แหล่งน้ำในพื้นที่ที่น้ำเป็นสิ่งที่หายาก, บวกกับ, เนื่องจากไม่ได้ใช้น้ำในโครงการนี้, ประสิทธิภาพจึงไม่สูญเสียไปเนื่องจากการระเหยในวันที่ร้อน, หนึ่งในประเด็นของประสิทธิภาพหลายอย่างที่พบกับการจัดเก็บแบบอ่างเก็บน้ำแบบลฃสูบส่วนใหญ่. ณ ปี 2014 ARES ได้เริ่มต้นการวางแผนเบื้องแรกในโครงการเชิงพาณิชย์ในเนวาดาใกล้ชายแดนรัฐแคลิฟอร์เนีย, ร่วมกับ Valley Electric Association Inc..

การจัดเก็บอุณหภูมิเป็นที่เก็บความร้อนชั่วคราวและปล่อยออกเพื่อใช้ในภายหลัง. ตัวอย่างหนึ่งของการเก็บอุณหภูมิคือการเก็บรักษาพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์ในช่วงกลางวันเพื่อใช้ในเวลาต่อมาเพื่อให้ความร้อนในเวลากลางคืน. ในด้าน HVAC/R (heating, ventilating, and air conditioning/Refrigeration), ชนิดของโปรแกรมนี้ใช้เก็บอุณหภูมิเพื่อให้ความร้อนซึ่งเป็นเรื่องธรรมดาน้อยกว่าการใช้เก็บอุณหภูมิเพื่อให้ความเย็น. ตัวอย่างหนึ่งของการจัดเก็บของ "เย็น" และปล่อยออกเพื่อใช้ในภายหลังคือน้ำแข็งที่ทำในช่วงเวลากลางคืนสำหรับการใช้งานในช่วงเวลากลางวันที่ร้อน. การเก็บรักษาน้ำแข็งนี้จะถูกทำขึ้นเมื่ออัตราค่าสาธารณูปโภคไฟฟ้ามีราคาถูกกว่า. วิธีการนี้มักจะถูกเรียกว่าการให้ความเย็นช่วง "off-peak".

เมื่อถูกนำมาใช้ในโปรแกรมที่เหมาะสมด้วยการออกแบบที่เหมาะสม, ระบบให้ความเย็นช่วง off-peak สามารถลดค่าใช้จ่ายด้านพลังงานได้. Green Building Council ของสหรัฐอเมริกาได้มีการพัฒนาโปรแกรม ความเป็นผู้นำในการออกแบบพลังงานและสิ่งแวดล้อม (อังกฤษ: Leadership in Energy and Environmental Design (LEED)) เพื่อส่งเสริมการออกแบบอาคารประสิทธิภาพสูงที่จะช่วยปกป้องสภาพแวดล้อมของเรา. ระดับที่เพิ่มขึ้นของประสิทธิภาพการใช้พลังงานโดยใช้ระบบให้ความเย็นช่วง off-peak อาจมีคุณสมบัติของสินเชื่อถ้ามีใบรับรองจาก LEED.

เครื่องปรับอากาศที่อยู่บนพื้นฐานของการเก็บน้ำแข็งสำหรับการจัดเก็บพลังงานอุณหภูมิได้กลายเป็นเทคโนโลยีเชิงพาณิชย์ที่ได้รับการยอมรับในศตวรรษที่ 21. สิ่งนี้ทำได้จริงในทางปฏิบัติเพราะความร้อนขนาดใหญ่ที่เกิดจากการละลายของน้ำ: การละลายของน้ำแข็งหนึ่งเมตริกตัน (ประมาณหนึ่งลูกบาศก์เมตร) สามารถจับพลังงานอุณหภูมิได้ 334 megajoules (MJ) (317,000 BTU).

การเปลี่ยนระบบปรับอากาศที่มีอยู่ไปใช้เครื่องปรับอากาศแบบการจัดเก็บน้ำแข็งจะเป็นวิธีการจัดเก็บพลังงานที่มีประสิทธิภาพด้านค่าใช้จ่ายวิธีหนึ่ง, หรือการใช้พลังงานลมส่วนเกินและแหล่งพลังงานที่ไม่แน่นอนอื่น ๆ เพื่อเก็บอากาศที่หนาวเหน็บไว้ใช้งานในเวลาต่อมา, อาจจะเป็นเวลาเดือนหลังจากนั้น. รูปแบบที่ใช้กันอย่างแพร่หลายของเทคโนโลยีนี้สามารถพบได้ในเครื่องปรับอากาศระบบน้ำแช่แข็ง (อังกฤษ: chilled water system) ในอาคารขนาดใหญ่ในสถาบันการศึกษา. ระบบปรับอากาศ, โดยเฉพาะอย่างยิ่งในอาคารพาณิชย์, เป็นผู้บริโภคไฟฟ้าที่ใหญ่ที่สุดที่สามารถเห็นได้ในวันที่มีอากาศร้อนในประเทศต่าง ๆ. ในโปรแกรมนี้, ตัวทำความเย็นจัด (อังกฤษ: chiller) มาตรฐานจะทำงานในเวลากลางคืนเพื่อผลิตกองน้ำแข็ง. จากนั้น น้ำก็จะไหลเวียนผ่านกองน้ำแข็งนี้ในช่วงเวลากลางวันเพื่อผลิตน้ำเย็นจัดที่ปกติจะเป็นเอาท์พุทของ chiller ในเวลากลางวัน.

ระบบจัดเก็บบางส่วนช่วยลดการลงทุนโดยให้ชิลเลอร์ทำงานเกือบตลอด 24 ชั่วโมงต่อวัน. ในเวลากลางคืน, พวกมันผลิตน้ำแข็งเก็บเอาไว้และในช่วงเวลากลางวันพวกมันทำให้น้ำเย็นจัดสำหรับระบบเครื่องปรับอากาศ. น้ำที่ไหลเวียนำผ่านน้ำแข็งที่กำลังละลายจะช่วยเสริม การผลิตความเย็น. ระบบดังกล่าวมักจะทำงานในโหมดการทำน้ำแข็ง 16-18 ชั่วโมงต่อวันและในโหมดน้ำแข็งละลายหกชั่วโมงต่อวัน. ใช้จ่ายด้านทุนจะลดลงเพราะชิลเลอร์สามารถมีขนาดเพียง 40-50% ของขนาดที่จำเป็นสำหรับการออกแบบทั่วไป. การเก็บน้ำแข็งก็มักจะเพียงพอสำหรับการปล่อยความร้อนเพียงครึ่งวัน.

ระบบจัดเก็บเต็มรูปแบบจะช่วยลดค่าใช้จ่ายของพลังงานที่ดำเนินการระบบนั้นโดยปิดชิลเลอร์โดยสิ้นเชิงในช่วงเวลาโหลดสูงสุด. ต้นทุนจะสูงกว่า, เพราะระบบดังกล่าวต้องใช้ชิลเลอร์ค่อนข้างใหญ่กว่าชิลเลอร์จากระบบจัดเก็บบางส่วนและจากระบบการจัดเก็บน้ำแข็งขนาดใหญ่

แบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้, หรือเรียกว่า storage battery หรือ accumulator, เป็นแบตเตอรี่ไฟฟ้าชนิดหนึ่ง. มันประกอบด้วยเซลล์ไฟฟ้าเคมีหนึ่งชุดหรือมากกว่า, และเป็นต้วสะสมพลังงานประเภทหนึ่ง. มันเป็นที่รู้จักกันในนาม 'เซลล์รอง' เพราะปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมีของมันเป็นแบบไฟฟ้าย้อนกลับ. แบตเตอรี่ที่ชาร์จไฟได้มาในรูปทรงและขนาดที่แตกต่างกัน, ตั้งแต่เซลล์ขนาดกระดุมจนถึงระบบเมกะวัตต์ที่เชื่อมต่อเพื่อรักษาเสถียรภาพของเครือข่ายการกระจายไฟฟ้า. ส่วนผสมของสารเคมีที่แตกต่างกันหลายอย่างถูกนำมาใช้โดยทั่วไป, ได้แก่ ตะกั่ว-กรด, นิกเกิลแคดเมียม (NiCd), นิกเกิลเมททัลไฮไดรด์ (NiMH), ลิเธียมไอออน (Li-ion), และพอลิเมอลิเธียมไอออน (Li-ion polymer).

แบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้มีค่าใช้จ่ายการใช้ทั้งหมดและผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมต่ำกว่าแบตเตอรี่ที่ใช้แล้วทิ้ง. แบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้บางประเภทมีขนาดเดียวกันกับประเภทใช้แล้วทิ้ง. แบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้มีค่าใช้จ่ายเริ่มต้นสูงกว่า แต่สามารถชาร์จใหม่ด้วยราคามากและใช้ได้หลายครั้ง.

แบตเตอรี่ไหลเป็นชนิดของแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ที่ความสามารถในการชาร์จไฟเกิดขึ้นจากสององค์ประกอบทางเคมีที่ละลายในของเหลวที่อยู่ภายในระบบและคั่นด้วยเมมเบรน. การแลกเปลี่ยนไอออน (ทำให้เกิดการไหลของกระแสไฟฟ้า) เกิดขึ้นผ่านเมมเบรนในขณะที่ของเหลวทั้งสองหมุนเวียนในพื้นที่ของตนเองตามลำดับ. แรงดันไฟฟ้าของเซลล์จะถูกกำหนดทางเคมีโดยสมการของ Nernst และมีช่วงการใช้งานจริงตั้งแต่ 1.0-2.2 โวลต์.

แบตเตอรี่ไหลมีความคล้ายคลึงด้านเทคนิคกับทั้งเซลล์เชื้อเพลิงและเซลล์สะสมไฟฟ้าเคมี (ความสามารถในการเปลี่ยนกลับทางด้านเคมีไฟฟ้า). ในขณะที่มันมีข้อได้เปรียบทางเทคนิคเช่นถังของเหลวที่อาจแยกได้และอายุยืนยาวเกือบไม่จำกัดเหนือกว่าแบตเตอรีแบบชาร์จไฟได้ธรรมดาส่วนใหญ่, การใช้งานในปัจจุบันเมื่อเปรียบเทียบกันแล้วมีประสิทธิภาพน้อยกว่าและต้องใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ซับซ้อนมากกว่า. ชนิดใหม่กว่าของแบตเตอรี่ไหลกำลังมีการพัฒนาเพื่อให้สามารถจัดเก็บพลังงานจำนวนมากได้, เนื่องจากการเพิ่มกำลังการผลิตพลังงานโดยรวมของระบบ (มีค่าเป็น MWh) โดยทั่วไปต้องใช้เพียงการเพิ่มขึ้นของขนาดของอ่างเก็บสารเคมีที่เป็นของเหลวเท่านั้น.

ตัวเก็บประจุยิ่งยวด, หรือที่เรียกว่าตัวเก็บประจุไฟฟ้าสองชั้น (อังกฤษ: electric double-layer capacitor (EDLC)) หรือ Ultracapacitors, เป็นคำทั่วไปสำหรับครอบครัวของตัวเก็บประจุไฟฟ้าที่ใช้เคมีไฟฟ้า. ตัวเก็บประจุยิ่งยวดไม่ได้มีสาร dielectric ที่เป็นของแข็งธรรมดา. ค่าความจุของตัวเก็บประจุไฟฟ้าที่ใช้เคมีไฟฟ้าจะถูกกำหนดโดยสองหลักการจัดเก็บ, ซึ่งทั้งสองมีส่วนร่วมแบบแยกกันไม่ออกสำหรับค่าความจุทั้งหมด:

ตัวเก็บประจุยิ่งยวดลดช่องว่างระหว่างตัวเก็บประจุแบบธรรมดาและแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้. พวกมันเก็บพลังงานส่วนใหญ่ต่อหน่วยปริมาตรหรือมวล (ความหนาแน่นพลังงาน) ท่ามกลางตัวเก็บประจุอื่น ๆ. พวกมันรองรับได้ถึง 10,000 Farads/1.2 โวลต์, สูงถึง 10,000 เท่าของตัวเก็บประจุแบบ electrolytic, แต่ส่งมอบกำลังงานหรือรับเข้าน้อยกว่าครึ่งหนึ่งของกำลังงานต่อหน่วยเวลา (ความหนาแน่นของกำลังงาน) .

ในทางตรงกันข้าม, ในขณะที่ตัวเก็บประจุยิ่งยวดมีความหนาแน่นพลังงานประมาณ 10% ของแบตเตอรี่ทั่วไป, ความหนาแน่นของกำลังงานของพวกมันโดยทั่วไปใหญ่กว่า 10-100 เท่า. นี่ส่งผลให้เวลาการชาร์จ/ดีสชาร์จสั้นกว่าแบตเตอรี่มาก ๆ. นอกจากนี้พวกมันยังอดทนต่อจำนวนการชาร์จ/ดีสชาร์จได้มากกว่าแบตเตอรี่หลายเท่า.

UltraBattery คือเซลล์ตะกั่ว-กรดแบบไฮบริดและ ultracapacitor ที่ใช้คาร์บอน (หรือตัวเก็บประจุยิ่งยวด) คิดค้นโดยหน่วยงานวิจัยแห่งชาติของออสเตรเลีย, องค์การวิจัยวิทยาศาสตร์และอุตสาหกรรมเครือจักรภพ (CSIRO). เซลล์ตะกั่ว-กรดและ ultracapacitor ใช้อิเล็กโทรไลท์กรดกำมะถันร่วกันและทั้งสองอย่างจะถูกบรรจุลงในเซลล์กายภาพเดียวกัน. UltraBattery สามารถถูกผลิตให้มีลักษณะทางกายภาพและทางไฟฟ้าคล้ายกับแบตเตอรี่ตะกั่ว-กรดแบบเดิมทำให้สามารถใช้แทนแบตเตอรี่แบบตะกั่ว-กรดที่ใช้งานอยู่จำนวนมากได้อย่างมีประสิทธิภาพด้านค่าใช้จ่าย (อังกฤษ: cost effective) ด้วยเทคโนโลยีของ UltraBattery.

ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างแบตเตอรี่ตะกั่ว-กรดธรรมดากับเทคโนโลยี UltraBattery ก็คือ UltraBattery ทำงานเหมือน ultracapacitor เมื่อจำเป็นและเหมือนเซลล์ตะกั่ว-กรดในเวลาอื่น, หมายความว่ามันสามารถทำงานได้ในช่วงกว้างมากของการใช้งาน, วงจรการใช้งานอย่างต่อเนื่องและการชาร์จ/ดีสชาร์จอย่างรวดเร็วเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการใช้งานเช่นการปรับให้เรียบของพลังงานทดแทน, การทำให้ระบบกริดมั่นคง, ยานพาหนะไฟฟ้าและไฮบริดไฟฟ้าสามารถมีผลที่เป็นอันตรายเนื่องจากแบตเตอรี่เคมี แต่จะได้รับการจัดการอย่างดีจากคุณภาพของ ultracapacitive ของเทคโนโลยี UltraBattery.

UltraBattery จะยอมอดทนต่อระดับการชาร์จและดีสชาร์จที่สูงและจำนวนรอบการใช้งานที่สูงมากตลอดช่วงชีวิตของมัน, ซึ่งเหนือกว่าเซลล์ตะกั่ว-กรดที่มีมาก่อนมาก. ในการทดสอบรถไฟฟ้าไฮบริด, มีการใช้งานนับล้านวงรอบ. UltraBattery ยังมีความอดทนอย่างสูงใจต่อผลกระทบจากเกลือของกรดกำมะถัน (อังกฤษ: sulfation) เมื่อเทียบกับเซลล์ตะกั่ว-กรดแบบดั้งเดิม. นี่หมายความว่ามันสามารถทำงานได้อย่างต่อเนื่องในสภาวะของการชาร์จบางส่วนในขณะที่แบตเตอรี่ตะกั่ว-กรดแบบดั้งเดิมโดยทั่วไปจะถูกชะลอไว้ที่การชาร์จจนเต็มระหว่างการดืสชาร์จ. ปกติมันจะไม่มีประสิทธิภาพทางไฟฟ้าในการชาร์จแบตเตอรี่ตะกั่ว-กรดจนเต็มอย่างนั้นโดยลดเวลาในภูมิภาคด้านบนของการชาร์จ. UltraBattery บรรลุประสิทธิภาพสูงปกติระหว่าง 85-95% DC-DC.

เทคโนโลยีได้รับการติดตั้งในประเทศออสเตรเลียและสหรัฐอเมริกาในระดับเมกะวัตต์เพื่อใช้ในการควบคุมความถี่และการทำพลังงานหมุนเวียนให้เรียบ.

ไฮโดรเจนได้กำลังถูกพัฒนาเช่นกันให้เป็นตัวกลางในการจัดเก็บพลังงานไฟฟ้า. ไฮโดรเจนไม่ได้เป็นแหล่งพลังงานหลัก, แต่เป็นวิธีการจัดเก็บพลังงานแบบพกพาแบบหนึ่ง, เพราะตอนแรกมันจะต้องถูกผลิตโดยแหล่งพลังงานอื่น ๆ เพื่อนำมาใช้. อย่างไรก็ตาม, ในฐานะที่เป็นตัวกลางในการจัดเก็บ, มันก็อาจจะเป็นปัจจัยสำคัญในการใช้พลังงานทดแทน ดูการเก็บรักษาไฮโดรเจน.

ด้วยพลังงานหมุนเวียนที่มาเป็นระยะ ๆ เช่นพลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลม, ผลผลิตอาจถูกป้อนโดยตรงให้กับกริดไฟฟ้า. ที่ความต้องการใช้งานของกริดต่ำกว่า 20%, ปริมาณขนาดนี้ไม่ได้เปลี่ยนเศรษฐศาสตร์อย่างรุนแรง; แต่ต้องเกินกว่าประมาณ 20% ของความต้องการทั้งหมด[ต้องการอ้างอิง], การจัดเก็บภายนอกจึงมีความสำคัญ. ถ้าแหล่งพลังงานเหล่านี้ถูกนำไปใช้สำหรับการผลิตไฟฟ้าเพื่อผลิตไฮโดรเจนแล้ว, พวกมันก็สามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้อย่างเต็มที่เมื่อใดก็ตามที่มันพร้อมใช้งาน, ถ้ามองในแง่โอกาส. พูดกว้าง ๆ, มันไม่สำคัญที่พวกมันจะเข้ามาหรือออกไปเมื่อไร, ไฮโดรเจนจะถูกเก็บไว้อย่างเรียบง่ายและถูกใช้ตามความจำเป็น. ชุมชนหนึ่งได้วางโครงการนำร่องโดยใช้กังหันลมและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าไฮโดรเจนได้ถูกดำเนินการจากปี 2007 เป็นเวลาห้าปีในชุมชนที่ห่างไกลของ Ramea, Newfoundland and Labrador. โครงการที่คล้ายกันได้ดำเนินการมาตั้งแต่ปี 2004 ที่ Utsira, เทศบาลเล็ก ๆ บนเกาะที่นอร์เวย์.

การสูญเสียพลังงานเกี่ยวข้องในวงรอบการจัดเก็บไฮโดรเจนของการผลิตไฮโดรเจนสำหรับการใช้งานกับยานพาหนะด้วย electrolysis ของน้ำ, การเปลี่ยนให้เป็นของเหลวหรือการบีบอัด, และการแปลงกลับไปเป็นไฟฟ้า และวงรอบการจัดเก็บไฮโดรเจนของการผลิตไฮโดรเจนสำหรับการประยุกต์ใช้เซลล์เชื้อเพลิงที่อยู่กับที่ (อังกฤษ: stationary fuel cell applications) เหมือน Micro combined heat and power (MicroCHP) ที่ 93 % ด้วย biohydrogen หรือการผลิตไฮโดรเจนทางชีวภาพ (ด้วยสาหร่าย), และการแปลงให้เป็นกระแสไฟฟ้า

ประมาณ 50 กิโลวัตต์?h (180 MJ) ของพลังงานแสงอาทิตย์เป็นสิ่งจำเป็นในการผลิตหนึ่งกิโลกรัมของไฮโดรเจน, ดังนั้นต้นทุนของไฟฟ้าชัดเจนว่าเป็นสิ่งสำคัญยิ่ง, แม้ว่าสำหรับการใช้ไฮโดรเจนเป็นอย่างอื่นนอกเหนือจากการจัดเก็บเพื่อการผลิตไฟฟ้า. ที่ $ 0.03/kWh, อัตราสายไฟฟ้าแรงสูงทั่วไปช่วง off-peak ในประเทศสหรัฐอเมริกา, นี่หมายถึงไฮโดรเจนมีค่าใช้จ่าย $ 1.50/กิโลกรัมสำหรับการผลิตไฟฟ้า, เทียบเท่ากับ $ 1.50/แกลลอนสำหรับน้ำมันเบนซินถ้าถูกใช้ในเซลล์เชื้อเพลิงยานพาหนะ. ค่าใช้จ่ายอื่น ๆ จะรวมถึงโรงงาน electrolyzer, เครื่องอัดไฮโดรเจนหรือเครื่องเปลี่ยนให้เป็นของเหลว, การจัดเก็บและการขนส่ง, ซึ่งจะมีความสำคัญ[ต้องการอ้างอิง].

การจัดเก็บไฮโดรเจนใต้ดินคือการจัดเก็บไฮโดรเจนในถ้ำใต้ดิน, โดมเกลือและบ่อน้ำมันและก๊าซที่แห้งแล้ว. ไฮโดรเจนในรูปของแก๊สปริมาณขนาดใหญ่ถูกจัดเก็บไว้ในถ้ำใต้ดินโดย Imperial Chemical Industries (ICI) เป็นเวลาหลายปีโดยไม่มีความยุ่งยากใด ๆ . โครงการยุโรป Hyunder ระบุในปี 2013 ว่าสำหรับการจัดเก็บพลังงานลมและพลังงานแสงอาทิตย์, ถ้ำเพิ่มเติมจำนวน 85 ถ้ำจะต้องใช้เพราะมันไม่สามารถแทนที่โดยจัดเก็บไฟฟ้าพลังน้ำโดยวิธีสูบ (PHES) และระบบการจัดเก็บอากาศอัด (CAES) .

Power to gas เป็นเทคโนโลยีที่แปลงพลังงานไฟฟ้าที่ใช้เชื้อเพลิงแก๊ส. มีสามวิธีที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบัน; ทั้งหมดใช้ไฟฟ้าแยกน้ำให้เป็นไฮโดรเจนและออกซิเจนโดยวิธีการอิเล็กโทรไลซิส.

ในวิธีการแรก, ไฮโดรเจนที่ได้จะถูกฉีดเข้าไปในกริดก๊าซธรรมชาติหรือถูกนำไปใช้ในการขนส่งหรืออุตสาหกรรม. วิธีที่สองคือการรวมไฮโดรเจนกับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และแปลงสองก๊าซให้เป็นมีเทน (ดูก๊าซธรรมชาติ) โดยใช้ปฏิกิริยา methanation เช่นปฏิกิริยา Sabatier หรือ methanation ทางชีวภาพทำให้เกิดการสูญเสียการแปลงพลังงานส่วนเกินที่ 8%. จากนั้น ก๊าซมีเทนอาจจะถูกป้อนให้กับกริดของก๊าซธรรมชาติ. วิธีที่สามใช้ก๊าซที่ได้จากเครื่องผลิตก๊าซไม้ (อังกฤษ: wood gas generator) หรือโรงงานก๊าซชีวภาพ, หลังจาก ที่ต้วเพิ่มสมรรถนะของก๊าซชีวภาพถูกผสมเข้ากับไฮโดรเจนที่ผลิตจาก Electrolyzer, เพื่อยกระดับคุณภาพของก๊าซชีวภาพ.

จากนั้น พลังงานส่วนเกินหรือพลังงานช่วง off–peak ที่สร้างโดยกังหันลมหรือแผงเซลล์แสงอาทิตย์จะสามารถนำไปใช้สำหรับสร้างความสมดุลของโหลดในกริดพลังงาน. การใช้ระบบก๊าซธรรมชาติที่มีอยู่สำหรับไฮโดรเจน, ผู้ผลิตเซลล์เชื้อเพลิงเช่น Hydrogenics และผู้จัดจำหน่ายก๊าซธรรมชาติเช่น Enbridge ได้ร่วมมือกันในการพัฒนาระบบ power to gas ดังกล่าวในแคนาดา.

ไฮโดรเจนสามารถเก็บไว้ในเครือข่ายท่อส่งก๊าซธรรมชาติ. ก่อนที่จะเปลี่ยนไปใช้ก๊าซธรรมชาติ, เครือข่ายก๊าซของเยอรมันได้ดำเนินการโดยใช้ towngas, ซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยไฮโดรเจน. ความจุในการจัดเก็บของเครือข่ายก๊าซธรรมชาติเยอรมัน, ซึ่งก็ประกอบด้วยถ้ำที่มนุษย์สร้างขึ้นมากมาย (ถ้ำเทียมที่สร้างโดยทำเหมืองแร่), มีมากกว่า 200,000 GW?ชั่วโมง, ซึ่งเพียงพอสำหรับความต้องการพลังงานหลายเดือน. จากการเปรียบเทียบ, ความสามารถของโรงเก็บพลังงานแบบสูบทั้งหมดของมีเพียงประมาณ 40 GW?ชั่วโมงเท่านั้น. การขนส่งพลังงานผ่านทางเครือข่ายก๊าซจะสูญเสียน้อยมาก (<0.1%) กว่าในเครือข่ายสายส่ง (8%) (ยกเว้นระบบสายส่งกระแสตรงความดันสูง). การใช้ระบบท่อส่งก๊าซธรรมชาติที่มีอยู่แล้วสำหรับไฮโดรเจนได้รับการศึกษาโดย NaturalHy.

เชื้อเพลิงชีวภาพต่าง ๆ เช่นไบโอดีเซล, น้ำมันพืชตรง, เชื้อเพลิงแอลกอฮอล์, หรือชีวมวลสามารถใช้แทนเชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอนได้. กระบวนการทางเคมีหลายอย่างสามารถแปลงคาร์บอนและไฮโดรเจนในถ่านหิน, ก๊าซธรรมชาติ, พืชและสัตว์ (ชีวมวล), และขยะอินทรีย์ให้เป็นสารไฮโดรคาร์บอนสั้นเหมาะที่จะใช้แทนเชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอนที่มีอยู่. ตัวอย่างเช่นดีเซลแบบ Fischer-Tropsch, เมทานอล, ไดเมทิลอีเทอร์, หรือ ซินแก๊ส. แหล่งดีเซลนี้ถูกใช้อย่างกว้างขวางในสงครามโลกครั้งที่สองในประเทศเยอรมนี, ที่การเข้าถึงแหล่งจ่ายน้ำมันดิบถูกจำกัด. วันนี้แอฟริกาใต้ผลิตส่วนใหญ่ของดีเซลของประเทศจากถ่านหินด้วยเหตุผลที่คล้ายกัน. ราคาน้ำมันในระยะยาวเหนือ US$ 35/บาร์เรลอาจทำให้เชื้อเพลิงเหลวสังเคราะห์ดังกล่าวประหยัดในกระบวนการผลิตขนาดใหญ่ (ดูถ่านหิน). บางส่วนของพลังงานในต้นฉบับเดิมได้หายไปในขั้นตอนการแปลง. ในทางประวัติศาสตร์, ต้วถ่านหินเองได้ถูกใช้โดยตรงเพื่อวัตถุประสงค์ในการขนส่งด้วยยานพาหนะและเรือที่ใช้เครื่องยนต์ไอน้ำ. นอกจากนี้ ก๊าซธรรมชาติอัดยังถูกใช้เป็นเชื้อเพลิงอีกด้วย, เช่นรถเมล์กับบางหน่วยงานขนส่งมวลชน.

ก๊าซมีเทนเป็นสารไฮโดรคาร์บอนที่ธรรมดาที่สุดที่มีสูตรโมเลกุล CH4. ก๊าซมีเทนสามารถผลิตได้จากพลังงานไฟฟ้าโดยใช้เทคโนโลยี power to gas. ก๊าซมีเทนจะถูกเก็บไว้ง่ายกว่าไฮโดรเจนและการขนส่ง, การจัดเก็บและโครงสร้างพื้นฐานการเผาไหม้ (ท่อส่ง, gasometers, โรงไฟฟ้า) มีความมั่นคงแล้ว.

ก๊าซธรรมชาติสังเคราะห์ (SNG) จะถูกสร้างขึ้นในกระบวนการหลายขั้นตอน, เริ่มต้นเมื่อไฮโดรเจนและออกซิเจนถูกผลิตขึ้นระหว่างอิเล็กโทรไลซิสของน้ำ. ไฮโดรเจนก็จะทำปฏิกิริยากับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในกระบวนการ Sabatier, ผลิตก๊าซมีเทนและน้ำ. ก๊าซมีเทนสามารถถูกจัดเก็บและถูกใช้ในการผลิตกระแสไฟฟ้าในภายหลัง. น้ำที่ผลิตได้จะถูกนำกลับมาใช้ใหม่ในขั้นตอนอิเล็กโทรไลซิส, เป็นการลดความจำเป็นสำหรับน้ำบริสุทธิ์ใหม่เพิ่มเติม. ในขั้นตอนอิเล็กโทรไลซิส ออกซิเจนก็จะถูกเก็บไว้สำหรับการเผาไหม้ก๊าซมีเทนในสภาพแวดล้อมของออกซิเจนบริสุทธิ์ที่โรงไฟฟ้าที่อยู่ติดกัน, เป็นการกำจัดไนโตรเจนออกไซด์.

ในการเผาไหม้ของก๊าซมีเทน, ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) และน้ำจะถูกผลิตขึ้น. ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่สร้างขึ้นจะถูกนำกลับมาใช้ใหม่เพื่อเพิ่มกระบวนการ Sabatier และน้ำจะถูกนำกลับมาใช้ใหม่ในขั้นตอนอิเล็กโทรไลซิส. ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่เกิดจากการเผาไหม้ก๊าซมีเทนจะหันกลับไปเป็นมีเทน, การผลิตจึงไม่มีการปล่อยก๊าซเรือนกระจก. การผลิต, การจัดเก็บและการเผาไหม้ที่อยู่ติดกันของก๊าซมีเทนจะรีไซเคิลผลิตภัณฑ์ทั้งหมดของปฏิกิริยา, เป็นการสร้างวัฏจักรคาร์บอนต่ำ.

ดังนั้น CO2 จึงจะเป็นทรัพยากรที่มีค่าทางเศรษฐกิจในฐานะที่เป็นส่วนประกอบหนึ่งของเวกเตอร์การจัดเก็บพลังงาน, ไม่ใช่เสียค่าใช้จ่ายเหมือนกับการจับและการเก็บรักษาคาร์บอน.

อลูมิเนียม, โบรอน, ซิลิกอน, ลิเธียม, และสังกะสี ได้รับการเสนอเป็นโซลูชั่นการจัดเก็บพลังงาน.

ตัวเก็บประจุ (แต่เดิมเรียกว่า 'คอนเดนเซอร์') เป็นชิ้นส่วนไฟฟ้าสองขั้วแบบพาสซีฟถูกใช้ในการเก็บพลังงานไฟฟ้าสถิตย์ในสนามไฟฟ้า. รูปแบบของตัวเก็บประจุในทางปฏิบัติแตกต่างกัน, แต่ทั้งหมดประกอบด้วยอย่างน้อยสองตัวนำไฟฟ้า (สองแผ่น) แยกจากกันโดยมีสารไดอิเล็กทริก (เช่นฉนวน) อยู่ตรงกลาง. ตัวเก็บประจุสามารถเก็บพลังงานไฟฟ้าเมื่อตัดการเชื่อมต่อออกจากวงจรการชาร์จของมัน, ดังนั้นมันจึงสามารถนำมาใช้เหมือนกับแบตเตอรี่ชั่วคราว, หรือเหมือนประเภทอื่น ๆ ของระบบการจัดเก็บพลังงานที่ชาร์จไฟใหม่ได้. ตัวเก็บประจุยังเป็นที่นิยมใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เพื่อรักษาแหล่งจ่ายไฟในขณะที่ทำการเปลี่ยนแบตเตอรี่ (ซึ่งช่วยป้องกันการสูญหายของข้อมูลในหน่วยความจำระเหย). ตัวเก็บประจุแบบธรรมดาให้ความหนาแน่นของพลังงานน้อยกว่า 360 จูลต่อกิโลกรัมในขณะที่แบตเตอรี่อัลคาไลน์ทั่วไปมีความหนาแน่นของ 590 กิโลจูล/กิโลกรัม.

ไม่เหมือนตัวต้านทาน, ตัวเก็บประจุไม่กระจายพลังงาน, แทนที่จะกระจาย ตัวเก็บประจุจะเก็บพลังงานในรูปแบบของสนามไฟฟ้าสถิตระหว่างแผ่นตัวนำทั้งสองของมัน. เมื่อมีความต่างศักย์คร่อมตัวมัน (เช่นเมื่อตัวเก็บประจุถูกต่อเข้ากับแบตเตอรี่), สนามไฟฟ้าจะเกิดขึ้นทั่วไดอิเล็กทริก, ทำให้เกิดประจุบวก (+Q) สะสมบนแผ่นตัวนำหนึ่งและประจุลบ (-Q) สะสมบนอีกแผ่นตัวนำหนึ่ง. ถ้าแบตเตอรี่ถูกต่อเข้ากับตัวเก็บประจุเป็นเวลานานเพียงพอ, จะไม่มีกระแสสามารถไหลผ่านตัวเก็บประจุได้. อย่างไรก็ตาม, ถ้าแรงดันไฟฟ้าเร่งหรือสลับถูกนำมาใช้คร่อมตัวตัวเก็บประจุ, กระแสที่เคลื่อนที่จะสามารถไหลได้.

ปริมาณประจุไฟฟ้า (ค่าความจุ) จะมากขึ้นเมื่อช่องห่างระหว่างแผ่นตัวนำทั้งสองแคบลงและเมื่อตัวนำทั้งสองจะมีพื้นผิวที่มีขนาดใหญ่ขึ้น. ในทางปฏิบัติ, ไดอิเล็กทริกระหว่างแผ่นตัวนำทั้งสองสามารถให้กระแสรั่วจำนวนเล็กน้อยผ่านได้และไดอิเล็กทริกยังมีขีดจำกัดของความเข้มสนามไฟฟ้าอีกด้วย, ที่เรียกว่าแรงดันไฟฟ้าถล่มทะลาย (อังกฤษ: breakdown voltage). ตัวนำทั้งสองและขาทั้งสองข้างของมันจะสร้างการเหนี่ยวนำ (อังกฤษ: inductance) และความต้านทาน (อังกฤษ: resistance) ที่ไม่พึงประสงค์.

ตัวเก็บประจุถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในวงจรอิเล็กทรอนิกส์สำหรับปิดกั้นกระแสตรงขณะที่ยอมให้กระแสสลับผ่านได้. ในวงจรกรองแบบอนาล็อก, พวกมันทำเอาท์พุทของแหล่งจ่ายไฟให้เรียบ. ในวงจรเรโซแนนซ์ พวกมันใช้จูนหาสถานีวิทยุ. ในระบบส่งกำลังไฟฟ้า พวกมันทำแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าให้มีเสถียรภาพ.

ระบบการจัดเก็บพลังงานด้วยแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวด (SMES) จะจัดเก็บพลังงานในสนามแม่เหล็กที่ถูกสร้างขึ้นโดยไหลของกระแสตรงในขดลวดตัวนำยิ่งยวดที่ทำให้เย็นแบบ cryogenic ที่อุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิยิ่งยวดวิกฤตของมัน. ระบบ SMES ทั่วไปประกอบด้วยสามส่วน: ขดลวดตัวนำยิ่งยวด, ระบบปรับสภาพไฟฟ้าและตู้เย็นที่ให้ความเย็นแบบ cryogenic. เมื่อขดลวดตัวนำยิ่งยวดถูกชาร์จ, กระแสจะไม่สลายตัวและพลังงานแม่เหล็กสามารถถูกเก็บไว้ตลอดไป.

พลังงานที่เก็บไว้จะถูกปล่อยกลับไปยังเครือข่ายโดยดีสชาร์จขดลวด. ระบบปรับสภาพไฟฟ้าใชัตัวเรียงกระแส เพื่อแปลงกระแสสลับ (AC) ให้เป็นกระแสตรง (DC) หรือใช้อินเวอร์เตอร์แปลง DC กลับไปเป็น AC. อินเวอร์เตอร์/ตัวเรียงกระแสทำให้เกิดการสูญเสียพลังงานประมาณ 2-3% ในแต่ละทิศทาง. SMES สูญเสียพลังงานไฟฟ้าในขั้นตอนการจัดเก็บเป็นจำนวนที่น้อยที่สุดเมื่อเทียบกับวิธีอื่น ๆ ของการจัดเก็บพลังงาน. ระบบ SMES มีประสิทธิภาพสูง; ประสิทธิภาพไป-กลับมีมากกว่า 95%.

เนื่องจากความต้องการพลังงานอย่างมากของเครื่องทำความเย็นและค่าใช้จ่ายที่สูงของขดลวดตัวนำยิ่งยวด, SMES ในขณะนี้จะถูกใช้สำหรับการจัดเก็บพลังงานระยะเวลาสั้น. ดังนั้น SMES ได้รับการทุ่มเทกันโดยทั่วไปมากที่สุดเพื่อการปรับปรุงคุณภาพไฟฟ้า. ถ้า SMES จะถูกใช้สำหรับการสาธารณูปโภค, มันควรจะเป็นอุปกรณ์จัดเก็บพลังงานรายวัน, ชาร์จจากไฟฟ้า baseload ในเวลากลางคืนและใช้ช่วง peak load เวลากลางวัน.

รายการต่อไปนี้ประกอบด้วยประเภทของการจัดเก็บพลังงานแบบธรรมชาติและแบบที่ไม่ใช่เชิงพาณิชย์อื่น ๆ, นอกเหนือจากพวกที่ได้รับการออกแบบมาสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรมและการพาณิชย์: