由于越来越关注化石燃料对环境的影响以及世界各地能源网的容量和弹性，工程师和政策制定者越来越多地将注意力转向储能解决方案。的确，储能可以帮助解决太阳能和风能的间歇性问题。在许多情况下，它还可以对需求的巨大波动做出快速响应，从而使电网更具响应能力，并减少了建设备用发电厂的需求。储能设施的有效性取决于其对需求变化的反应速度，储能过程中的能量损失率，总储能能力以及充电速度。
储能并不是什么新鲜事。自1800年代初以来一直使用电池，自1920年代以来，抽水蓄能水力发电已在美国运营。但是，对于更动态，更清洁的电网的需求已导致新能源存储项目的建设显着增加，并导致了新的或更好的能源存储解决方案的开发。
化石燃料是最常用的能源形式，部分是由于它们的可运输性和存储形式的实用性，这使得发电机可以对所提供的能量进行大量控制。相反，太阳能和风能产生的能量是间歇性的，并且取决于天气和季节。随着可再生能源在电网上的地位日益突出，人们对存储清洁能源的系统越来越感兴趣
能量存储还可以满足高峰时段的用电需求，例如在炎热的夏季，例如空调爆炸时，或者在夜晚，当家庭打开灯和电子设备时。在高峰时段，电力变得更加昂贵，因为电厂必须提高产量以适应不断增加的能源使用。储能使电网具有更大的灵活性，因为配电商可以在能源价格便宜的非高峰时段购买电力，而在需求量更大的时候将其出售给电网。
有很多不同的能量存储方式，各有优点和缺点。以下列表重点介绍当前可以提供大存储容量（至少20 MW）的技术。因此，它不包括超导磁能存储和超级电容器（额定功率小于1 MW）。
抽水蓄能电站
抽水蓄能（PSH）设施是利用重力产生电能的大型储能厂。在低成本能源时期和高可再生能源发电时期，水被抽到较高的高度以进行存储。当需要电力时，水被释放回下部水池，通过涡轮机发电。最近的创新使PSH设施具有可调的速度，以便对能源网格的需求做出更快速的响应，并且还可以在闭环系统中运行。与传统的抽水蓄能水电不同，闭环PSH无需连接到连续流动的水源即可运行，这使抽水蓄能水电成为更多地点的选择。
与其他形式的储能相比，抽水蓄能发电的价格可能更低，尤其是对于超大容量的储能（其他技术难以匹敌）。根据电力研究所的数据，抽水蓄能水电的安装成本在1,700美元至5,100美元/千瓦之间，而锂离子电池的安装成本在2,500美元/千瓦至3,900美元/千瓦之间。在整个周期中，抽水蓄能水电的能源效率超过80％，PSH设施通常可以提供10个小时的电力，而锂离子电池大约需要6个小时。尽管具有这些优点，但PSH项目的挑战在于它们是长期投资：许可和建设可能需要3-5年。这会吓跑那些喜欢短期投资的投资者，尤其是在瞬息万变的市场中。
在弗吉尼亚州的巴斯县，世界上最大的抽水蓄能设施可为约75万户家庭提供能源。它建于1985年，具有约3吉瓦的能源输出。
压缩空气储能（CAES）
通过压缩空气存储，在电价较低的非高峰时段，空气被泵入地下洞，最有可能是盐洞。当需要能量时，地下洞穴中的空气被释放回设施中，在该处被加热，由此产生的膨胀转化为发电机。该加热过程通常使用天然气，它会释放出碳。但是，CAES仅使用天然气就能使设施的能源输出增加三倍。当保留来自气压的热量时，CAES可以实现高达70％的能源效率，否则效率在42％到55％之间。目前，只有两个正在运行的CAES设施：一个在阿拉巴马州的McIntosh，另一个在德国的Huntorf。麦金托什电厂建于1991年，储能110兆瓦。
热（包括熔融盐）
热能存储设施使用温度来存储能量。当需要存储能量时，岩石，盐，水或其他材料会被加热并保持在隔热环境中。当需要产生能量时，通过将冷水泵送到热的岩石，盐或热水上来释放热能以产生蒸汽，从而使涡轮旋转。热能存储也可以用来为建筑物供热和制冷，而不是发电。例如，蓄热器可用于整夜制冰，以在白天为建筑物降温。根据所使用的热能类型，热效率的范围从50％到90％。
锂离子电池
锂离子电池最初由索尼在1990年代初商业化生产，最初主要用于小型消费品，例如手机。近来，它们已被用于更大的电池存储和电动车辆。假设循环寿命为10-15年，2017年底，电动汽车用锂离子电池组的成本降至209美元/千瓦时。彭博新能源财经预测，到2025年，锂离子电池的成本将低于100美元/千瓦时。
迄今为止，锂离子电池是最流行的电池存储选项，它控制着全球90％以上的网格电池存储市场。与其他电池选件相比，锂离子电池具有较高的能量密度和重量轻。新的创新，例如用硅代替石墨来提高电池的功率容量，正在寻求使锂离子电池在长期存储方面更具竞争力。
另外，锂离子电池现在在发展中国家经常用于农村电气化。在农村社区，锂离子电池与太阳能电池板配对使用，使家庭和企业可以使用少量的电量为手机，家用电器和轻型建筑物充电。以前，这些社区不得不依靠肮脏且昂贵的柴油发电机，否则就无法通电。
当2015年阿里索峡谷（Aliso Canyon）天然气设施泄漏时，加利福尼亚州急于使用锂离子技术来弥补高峰时段该设施的能源损失。由特斯拉，AES能源存储和格林史密斯能源公司建造的电池存储设施可提供70兆瓦的电力，足以为20,000个房屋供电四个小时。
南澳大利亚州的霍恩斯代尔电力储备是世界上最大的锂离子电池，用于从附近的风电场获得的能量来稳定电网。这种100兆瓦的电池由特斯拉（Tesla）制造，可为30,000多个家庭供电。
通用电气设计了1兆瓦的锂离子电池容器，该容器将于2019年购买。它们将易于运输，并使可再生能源设施拥有更小，更灵活的储能选择。
铅酸电池
铅酸电池是用于能量存储的首批电池技术之一。但是，由于它们的低能量密度以及短周期和日历寿命，因此在网格存储中不受欢迎。它们通常用于电动汽车，但最近已被寿命更长的锂离子电池所取代。
液流电池
液流电池是锂离子电池的替代品。液流电池比锂离子电池不那么受欢迎，而液流电池仅占电池市场的5％，但液流电池已用于多个储能项目，这些项目需要更长的储能时间。液流电池的能量密度相对较低，使用寿命长，这使其非常适合提供连续功率。例如，华盛顿州的Avista Utilities工厂使用液流电池存储。
目前，中国大连正在建设200兆瓦（800兆瓦时）的液流电池。该系统不仅将取代霍恩斯代尔动力储备成为世界上最大的电池，而且还将是唯一由液流电池而非锂离子电池组成的大型电池（> 100 MW）。
固态电池
在大规模电网存储中，固态电池比锂离子电池具有多个优势。固态电池包含的固体电解质比液体电解质（具有锂离子电池中的电解质）具有更高的能量密度，并且不易着火。它们的小体积和更高的安全性使固态电池非常适合大规模电网应用。
然而，固态电池技术由于不发达而目前比锂离子电池技术更昂贵。快速增长的锂离子生产带来了规模经济，固态电池在未来几年将难以匹敌。
氢
氢燃料电池通过将氢和氧结合而发电，具有吸引人的特性：它们可靠，安静（没有活动部件），占地面积小，能量密度高，并且不排放任何污染物（使用纯氢运行时，只有副产品是水）。该过程也可以颠倒过来，使其可用于能量存储：电解水会产生氧气和氢气。因此，燃料电池设施可以在电力便宜时产生氢气，然后在需要时使用该氢气发电（在大多数情况下，氢气在一个位置产生，而在另一个位置使用）。氢气也可以通过重整沼气，乙醇或碳氢化合物来生产，这是一种较便宜的方法，可排放碳污染。
飞轮
飞轮不适用于长期的能量存储，但对于负载均衡和负载转移应用非常有效。飞轮以其长寿命，高能量密度，低维护成本和快速响应速度着称。电动机通过将自旋加速至非常高的速度（高达50,000 rpm）来将能量存储到飞轮中。电机随后可以使用存储的动能通过反转来发电。飞轮通常处于真空状态，以最大程度地减少空气摩擦，这会降低飞轮的速度。纽约斯蒂芬敦的斯蒂芬敦纺锤于2011年推出，其能量容量为20兆瓦，是飞轮技术在美国首次用于规范电网的商业用途。此后，还有其他几个飞轮设施投入使用。
仓储和电动汽车
能量存储对于电动汽车（EV）尤其重要。随着电动汽车的普及，他们将在高峰时段增加电力需求，因为专业人员下班回家并插上汽车以进行夜间充电。为了避免需要新的发电厂来满足此额外需求，将需要在非高峰时间存储电力。储存对于产生自己的可再生电力的家庭也很重要：没有储存系统，汽车就无法在一夜之间被太阳能充电。
有趣的是，在电网故障或需求激增期间，电动汽车可用作备份存储。尽管当今大多数电动汽车的设计都不是将能量回馈至电网，但车辆到电网（V2G）的汽车可以将电能存储在汽车电池中，然后再将其传递回电网。即使将EV电池从公路上取下来，也仍然可以将其用于电网存储中：公用事业公司正在将退役EV的电池用作二手能源存储。对于电网应用，此类电池可用于存储长达十年的电量。这方面的一个例子可以在德国的埃尔弗林森（Elverlingsen）找到，那里收集了近2,000辆梅赛德斯·奔驰（Mercedes Benz）电动汽车的电池，以制造可容纳近9兆瓦能量的固定网格大小电池。
