تخزين الطاقة

يمكن تشغيل السدود الكهرومائية المزودة بخزانات لتوفير الكهرباء في أوقات ذروة الطلب. يُخزّن الماء في الخزان خلال فترات انخفاض الطلب ويُطلق عند ارتفاعه. والنتيجة النهائية مشابهة للتخزين بالضخ، ولكن دون فقدان الطاقة الناتج عن الضخ.

على الرغم من أن السدود الكهرومائية لا تخزن الطاقة مباشرةً من وحدات توليد أخرى، إلا أنها تعمل بنفس الكفاءة عن طريق خفض إنتاجها في فترات فائض الكهرباء من مصادر أخرى. وبهذا الشكل، تُعد السدود من أكثر أشكال تخزين الطاقة كفاءة، لأن التغيير الوحيد يكمن في توقيت توليدها. وتستغرق التوربينات الكهرومائية بضع دقائق فقط لبدء التشغيل. ^{[ 6 ]}

تُعدّ الطاقة الكهرومائية المُخزّنة بالضخ (PSH) على مستوى العالم الشكلَ الأكبر سعةً لتخزين الطاقة النشط في الشبكة الكهربائية ، وبحسب تقرير معهد أبحاث الطاقة الكهربائية (EPRI) الصادر في مارس 2012، فإنّ الطاقة الكهرومائية المُخزّنة بالضخ تُشكّل أكثر من 99% من سعة التخزين الإجمالية عالميًا، أي ما يُعادل حوالي 127,000 ميغاواط . ^{[ 7 ]} وتتراوح كفاءة الطاقة في الطاقة الكهرومائية المُخزّنة بالضخ عمليًا بين 70% و80%، ^{[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]} مع ادعاءات تصل إلى 87%. ^{[ 11 ]}

في أوقات انخفاض الطلب على الكهرباء، تُستخدم الطاقة الفائضة لضخ المياه من مصدر منخفض إلى خزان أعلى. وعندما يزداد الطلب، تُعاد المياه إلى خزان أدنى (أو مجرى مائي أو مسطح مائي) عبر توربين ، لتوليد الكهرباء. تعمل مجموعات التوربينات والمولدات العكسية كمضخة وتوربين في آن واحد (عادةً ما يكون تصميم توربين فرانسيس ). تستغل جميع المنشآت تقريبًا فرق الارتفاع بين مسطحين مائيين. تنقل محطات التخزين بالضخ المياه بين الخزانات، بينما يجمع نهج "إعادة الضخ" بين التخزين بالضخ ومحطات الطاقة الكهرومائية التقليدية التي تستخدم التدفق الطبيعي للجداول.

تستخدم تقنية تخزين الطاقة بالهواء المضغوط (CAES) الطاقة الفائضة لضغط الهواء لتوليد الكهرباء لاحقًا. ^{[ 12 ]} لطالما استُخدمت أنظمة صغيرة الحجم في تطبيقات مثل دفع قاطرات المناجم. يُخزَّن الهواء المضغوط في خزان تحت الأرض ، مثل قبة ملحية .

تُسهم محطات تخزين الطاقة بالهواء المضغوط (CAES) في سد الفجوة بين تقلبات الإنتاج والطلب على الطاقة. وتُلبي هذه المحطات احتياجات المستهلكين من الطاقة من خلال توفير طاقة متاحة بسهولة لتلبية الطلب. وتتفاوت مصادر الطاقة المتجددة، مثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية، لذا في أوقات انخفاض إنتاجها، يلزم دعمها بمصادر طاقة أخرى لتلبية الطلب. وتستطيع محطات تخزين الطاقة بالهواء المضغوط استيعاب فائض الطاقة المُنتجة من مصادر الطاقة المتجددة خلال فترات زيادة الإنتاج. ويمكن استخدام هذه الطاقة المُخزنة لاحقًا عند ازدياد الطلب على الكهرباء أو انخفاض توافر موارد الطاقة. ^{[ 13 ]}

يؤدي ضغط الهواء إلى توليد الحرارة ، فيصبح الهواء أكثر دفئًا بعد الضغط. ويتطلب التمدد حرارة. فإذا لم تُضَف حرارة إضافية، سيصبح الهواء أبرد بكثير بعد التمدد. وإذا أمكن تخزين الحرارة المتولدة أثناء الضغط واستخدامها أثناء التمدد، تتحسن الكفاءة بشكل ملحوظ. ^{[ 14 ]} يمكن لنظام تخزين الهواء المضغوط (CAES) التعامل مع الحرارة بثلاث طرق. يمكن أن يكون تخزين الهواء كظوميًا ، أو غير كظومي ، أو متساوي الحرارة . وهناك طريقة أخرى تستخدم الهواء المضغوط لتشغيل المركبات. ^{[ 15 ] [ 16 ]}

تعمل تقنية تخزين الطاقة باستخدام دولاب الموازنة (FES) عن طريق تسريع دوار ( دولاب الموازنة ) إلى سرعة عالية جدًا، وتخزين الطاقة على شكل طاقة دورانية . عند إضافة الطاقة، تزداد سرعة دوران دولاب الموازنة، وعند استخراج الطاقة، تنخفض السرعة، وذلك بسبب قانون حفظ الطاقة .

تستخدم معظم أنظمة الطاقة الكهربائية الكهربائية الكهرباء لتسريع وإبطاء دولاب الموازنة، ولكن يجري النظر في الأجهزة التي تستخدم الطاقة الميكانيكية مباشرة. ^{[ 17 ]}

تتكون أنظمة FES من دوارات مصنوعة من مركبات ألياف الكربون عالية المتانة ، معلقة بواسطة محامل مغناطيسية وتدور بسرعات تتراوح من 20,000 إلى أكثر من 50,000  دورة في الدقيقة داخل حاوية مفرغة من الهواء. ^{[ 18 ]} يمكن لهذه العجلات الدوارة أن تصل إلى أقصى سرعة  (شحن) في غضون دقائق. ويرتبط نظام العجلة الدوارة بمحرك / مولد كهربائي .

تتمتع أنظمة FES بعمر طويل نسبيًا (يدوم لعقود مع القليل من الصيانة أو بدونها؛ ^{[ 18 ]} تتراوح أعمار الدورة الكاملة المذكورة لعجلات الموازنة من أكثر من 105 ^، حتى 107 ^، دورات استخدام)، ^{[ 19 ]} طاقة نوعية عالية (100-130  واط ساعة/كجم، أو 360-500 كيلو جول/كجم) ^{[ 19 ] [ 20 ]} وكثافة طاقة عالية .

يمكن تخزين الطاقة أو إطلاقها عن طريق تغيير ارتفاع الكتل الصلبة عبر نظام رفع يعمل بمحرك/مولد كهربائي. وتشير الدراسات إلى إمكانية بدء إطلاق الطاقة في غضون ثانية واحدة فقط، مما يجعل هذه الطريقة مصدراً إضافياً مفيداً لتغذية شبكة الكهرباء لموازنة ارتفاعات الأحمال المفاجئة. ^{[ 21 ]}

يمكن أن تصل كفاءة استعادة الطاقة المخزنة إلى 85%. ^{[ 22 ]}

يمكن تحقيق ذلك بوضع الكتل داخل مناجم عمودية قديمة أو في أبراج مصممة خصيصًا حيث تُرفع الأوزان الثقيلة لتخزين الطاقة ثم تُترك لتنزلق بشكل مُتحكم فيه لإطلاقها. في عام 2020، كان يجري بناء نموذج أولي لمخزن عمودي في إدنبرة، اسكتلندا ^{[ 23 ].}

كان تخزين الطاقة الكامنة أو تخزين طاقة الجاذبية قيد التطوير النشط في عام 2013 بالتعاون مع مشغل النظام المستقل في كاليفورنيا . ^{[ 24 ] [ 25 ] [ 26 ]} وقد درست هذه الدراسة حركة عربات السكك الحديدية المملوءة بالتراب والتي تقودها قاطرات كهربائية من المناطق المنخفضة إلى المناطق المرتفعة. ^{[ 27 ]}

وتشمل الطرق المقترحة الأخرى ما يلي:

• باستخدام القضبان، ^{[ 27 ] [ 28 ]} والرافعات، ^{[ 22 ]} أو المصاعد ^{[ 29 ]} لتحريك الأوزان لأعلى ولأسفل
• باستخدام منصات بالونات تعمل بالطاقة الشمسية على ارتفاعات عالية تدعم الرافعات لرفع وخفض الكتل الصلبة المعلقة تحتها ^{[ 30 ].}
• استخدام الرافعات المدعومة بواسطة بارجة بحرية للاستفادة من فرق الارتفاع البالغ 4  كم (13000  قدم) بين سطح البحر وقاع البحر ^{[ 31 ].}

تستغل أنظمة تخزين الحرارة المحسوسة الحرارة المحسوسة الموجودة في المادة لتخزين الطاقة. ^{[ 32 ]}

يُتيح تخزين الطاقة الحرارية الموسمية (STES) استخدام الحرارة أو البرودة لعدة أشهر بعد جمعها من مصادر الطاقة المهدرة أو الطبيعية. ويمكن تخزين هذه الطاقة في طبقات المياه الجوفية المغلقة، أو في مجموعات من الآبار المحفورة في ركائز جيولوجية مثل الرمل أو الصخور البلورية، أو في حفر مبطنة مملوءة بالحصى والماء، أو في مناجم مملوءة بالماء. ^{[ 33 ]} غالبًا ما تُسترد تكاليف مشاريع تخزين الطاقة الحرارية الموسمية (STES) في غضون أربع إلى ست سنوات. ^{[ 34 ]} ومن الأمثلة على ذلك مجتمع دريك لاندينغ للطاقة الشمسية في كندا، حيث يتم توفير 97% من التدفئة على مدار العام بواسطة مُجمِّعات الطاقة الشمسية الحرارية على أسطح المرائب، وذلك بفضل نظام تخزين الطاقة الحرارية في الآبار (BTES). ^{[ 35 ] [ 36 ] [ 37 ]} وفي برايدستروب، الدنمارك، يستخدم نظام التدفئة المركزية بالطاقة الشمسية في المجتمع أيضًا تقنية تخزين الطاقة الحرارية الموسمية (STES)، عند درجة حرارة 65 درجة مئوية (149 درجة فهرنهايت) . ويعمل النظام بمضخة حرارية ، لا تعمل إلا عند توفر فائض من طاقة الرياح. يُستخدم لرفع درجة الحرارة إلى 80 درجة مئوية (176 درجة فهرنهايت) لتوزيعها. وعندما لا تتوفر طاقة الرياح، يُستخدم غلاية تعمل بالغاز. 20% من حرارة بريدستروب مصدرها الطاقة الشمسية. ^{[ 38 ]}    

تعمل أنظمة تخزين الطاقة الحرارية الكامنة عن طريق نقل الحرارة من أو إلى مادة ما لتغيير حالتها. ويُعرف تغيير الحالة بأنه الانصهار أو التصلب أو التبخر أو التسييل. وتُسمى هذه المادة بمادة تغيير الحالة (PCM). غالبًا ما تتميز المواد المستخدمة في أنظمة تخزين الطاقة الحرارية الكامنة بحرارة كامنة عالية، بحيث تمتص عند درجة حرارتها المحددة كمية كبيرة من الطاقة، تفوق بكثير الحرارة المحسوسة. ^{[ 39 ]}

يُعدّ مُجمّع البخار نوعًا من أنظمة تخزين الطاقة الحرارية الكامنة، حيث يحدث تحوّل طوري بين السائل والغاز، ويستفيد من الحرارة الكامنة لتبخير الماء. أما أنظمة تكييف الهواء التي تعتمد على تخزين الثلج، فتستخدم الكهرباء خارج أوقات الذروة لتخزين البرودة عن طريق تجميد الماء وتحويله إلى جليد. وتُطلق البرودة المُخزّنة في الجليد أثناء عملية الذوبان، ويمكن استخدامها للتبريد خلال ساعات الذروة.

يمكن تسييل الهواء عن طريق التبريد باستخدام الكهرباء وتخزينه كمادة مبردة باستخدام التقنيات الحالية. بعد ذلك، يمكن تمديد الهواء السائل عبر توربين واستعادة الطاقة على شكل كهرباء. تم عرض النظام في محطة تجريبية في المملكة المتحدة عام 2012. ^{[ 40 ]} في عام 2019، أعلنت شركة هاي فيو عن خطط لبناء محطة بقدرة 50 ميغاواط في شمال إنجلترا وشمال فيرمونت، حيث يمكن للمنشأة المقترحة تخزين طاقة تكفي لمدة تتراوح بين خمس إلى ثماني ساعات،  بسعة تخزين تتراوح بين 250 و400 ميغاواط ساعة. ^{[ 41 ]}

يمكن تخزين الطاقة الكهربائية حراريًا باستخدام التسخين المقاوم أو المضخات الحرارية، ويمكن تحويل الحرارة المخزنة مرة أخرى إلى كهرباء عبر دورة رانكين أو دورة برايتون . ^{[ 42 ]} وقد دُرست هذه التقنية لتحديث محطات توليد الطاقة التي تعمل بالفحم وتحويلها إلى أنظمة توليد خالية من الوقود الأحفوري. ^{[ 43 ]} تُستبدل الغلايات التي تعمل بالفحم بوحدات تخزين حرارية عالية الحرارة تُشحن بفائض الكهرباء من مصادر الطاقة المتجددة. في عام 2020، بدأ المركز الألماني لأبحاث الفضاء ببناء أول نظام بطاريات كارنو واسع النطاق في العالم،  بسعة تخزين تبلغ 1000 ميغاواط/ساعة. ^{[ 44 ]}

تتكون البطارية القابلة لإعادة الشحن من خلية كهروكيميائية واحدة أو أكثر . وتُعرف باسم "الخلية الثانوية" لأن تفاعلاتها الكهروكيميائية قابلة للانعكاس كهربائياً. وتتوفر البطاريات القابلة لإعادة الشحن بأشكال وأحجام متنوعة، بدءًا من البطاريات الصغيرة جدًا وصولًا إلى أنظمة شبكات الطاقة التي تصل قدرتها إلى ميغاواط.

تتميز البطاريات القابلة لإعادة الشحن بانخفاض التكلفة الإجمالية للاستخدام والأثر البيئي مقارنةً بالبطاريات غير القابلة لإعادة الشحن (التي تُستخدم لمرة واحدة). تتوفر بعض أنواع البطاريات القابلة لإعادة الشحن بنفس أحجام البطاريات التي تُستخدم لمرة واحدة. على الرغم من ارتفاع التكلفة الأولية للبطاريات القابلة لإعادة الشحن، إلا أنه يمكن إعادة شحنها بتكلفة زهيدة واستخدامها مرات عديدة.

تشمل أنواع البطاريات القابلة لإعادة الشحن الشائعة ما يلي:

• بطارية الرصاص الحمضية : تستحوذ بطاريات الرصاص الحمضية على الحصة السوقية الأكبر من منتجات تخزين الطاقة الكهربائية. تنتج الخلية الواحدة حوالي 2 فولت عند شحنها. في حالة الشحن، يكون القطب السالب المصنوع من الرصاص المعدني والقطب الموجب المصنوع من كبريتات الرصاص مغمورين في محلول إلكتروليتي من حمض الكبريتيك المخفف (H₂SO₄ ₎ . في عملية التفريغ ، تُدفع الإلكترونات خارج الخلية نتيجة لتكوّن كبريتات الرصاص عند القطب السالب _، بينما يُختزل المحلول الإلكتروليتي إلى ماء.
  • لقد شهدت تقنية بطاريات الرصاص الحمضية تطوراً واسعاً. تتطلب صيانتها الحد الأدنى من العمالة وتكلفتها منخفضة. إلا أن سعة الطاقة المتاحة في البطارية عرضة للتفريغ السريع، مما يؤدي إلى قصر عمرها الافتراضي وانخفاض كثافة طاقتها. ^{[ 47 ]}
• بطارية النيكل والكادميوم (NiCd): تستخدم أكسيد هيدروكسيد النيكل والكادميوم المعدني كأقطاب كهربائية . الكادميوم عنصر سام، وقد حظره الاتحاد الأوروبي في معظم الاستخدامات عام 2004. وقد حلت بطاريات النيكل والهيدريد المعدني (NiMH) محل بطاريات النيكل والكادميوم بشكل شبه كامل.
• بطارية نيكل-معدن هيدريد (NiMH): ظهرت أولى الأنواع التجارية منها عام 1989. ^{[ 48 ]} وهي الآن شائعة الاستخدام في الاستهلاك المنزلي والصناعي. تحتوي هذه البطارية على سبيكة ماصة للهيدروجين في القطب السالب بدلاً من الكادميوم .
• بطارية الليثيوم أيون : الخيار الأمثل في العديد من الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية، وتتميز بواحدة من أفضل نسب الطاقة إلى الكتلة، بالإضافة إلى معدل تفريغ ذاتي بطيء للغاية عند عدم الاستخدام.
• بطارية ليثيوم أيون بوليمر : تتميز هذه البطاريات بخفة وزنها ويمكن تصنيعها بأي شكل مطلوب.
• بطارية الألومنيوم والكبريت مع بلورات ملح الصخور كإلكتروليت: الألومنيوم والكبريت مواد وفيرة على الأرض وأرخص بكثير من الليثيوم التقليدي. ^{[ 49 ]}

المكثفات الفائقة ، والتي تُسمى أيضًا مكثفات الطبقة المزدوجة الكهربائية (EDLC) أو المكثفات الفائقة، هي فئة من المكثفات الكهروكيميائية ^{[ 50 ]} التي لا تحتوي على مواد عازلة صلبة تقليدية . وتُحدد السعة الكهربائية من خلال مبدأين للتخزين: سعة الطبقة المزدوجة والسعة الزائفة . ^{[ 51 ] [ 52 ]}

تُسدّ المكثفات الفائقة الفجوة بين المكثفات التقليدية والبطاريات القابلة لإعادة الشحن . فهي تخزن أكبر قدر من الطاقة لكل وحدة حجم أو كتلة ( كثافة الطاقة ) مقارنةً بالمكثفات الأخرى. تدعم المكثفات الفائقة سعة تصل إلى 10000 فاراد /1.2 فولت، ^{[ 53 ]} أي ما يصل إلى 10000 ضعف سعة المكثفات الإلكتروليتية ، ولكنها تُنتج أو تستقبل طاقة أقل من نصف طاقة المكثفات الإلكتروليتية لكل وحدة زمنية ( كثافة الطاقة ). ^{[ 50 ]}

على الرغم من أن كثافة الطاقة النوعية وكثافة الطاقة للمكثفات الفائقة تُعادل حوالي 10% من كثافة الطاقة في البطاريات، إلا أن كثافة الطاقة فيها أعلى عمومًا من 10 إلى 100 مرة. وهذا يُؤدي إلى دورات شحن/تفريغ أقصر بكثير، كما أنها تتحمل عددًا أكبر بكثير من دورات الشحن/التفريغ مقارنةً بالبطاريات.

للمكثفات الفائقة العديد من التطبيقات، بما في ذلك:

• تيار إمداد منخفض لنسخ الذاكرة الاحتياطية في ذاكرة الوصول العشوائي الثابتة (SRAM)
• توفير الطاقة للسيارات والحافلات والقطارات والرافعات والمصاعد، بما في ذلك استعادة الطاقة من الكبح، وتخزين الطاقة على المدى القصير، وتوفير الطاقة في وضع الاندفاع.

تحويل الطاقة إلى غاز هو عملية تحويل الكهرباء إلى وقود غازي مثل الهيدروجين أو الميثان . وتستخدم الطرق التجارية الثلاث الكهرباء لاختزال الماء إلى هيدروجين وأكسجين عن طريق التحليل الكهربائي .

في الطريقة الأولى، يُضخ الهيدروجين في شبكة الغاز الطبيعي أو يُستخدم في النقل. أما الطريقة الثانية، فتعتمد على دمج الهيدروجين مع ثاني أكسيد الكربون لإنتاج الميثان باستخدام تفاعل الميثنة ، مثل تفاعل ساباتير ، أو الميثنة البيولوجية، مما ينتج عنه فقد إضافي في الطاقة بنسبة 8%. ويمكن بعد ذلك ضخ الميثان في شبكة الغاز الطبيعي. أما الطريقة الثالثة، فتستخدم الغاز الناتج من مولد غاز الخشب أو محطة الغاز الحيوي ، بعد مزجه مع الهيدروجين الناتج من المحلل الكهربائي، لتحسين جودة الغاز الحيوي .

تُشبه عملية تحويل الطاقة إلى سائل عملية تحويل الطاقة إلى غاز، إلا أن الهيدروجين يُحوّل إلى سوائل مثل الميثانول أو الأمونيا . هذه السوائل أسهل في التعامل من الغازات، وتتطلب احتياطات سلامة أقل من الهيدروجين. ويمكن استخدامها في النقل ، بما في ذلك الطائرات ، وكذلك في الأغراض الصناعية أو في قطاع الطاقة. ^{[ 65 ]}

يمكن استبدال الوقود الأحفوري بأنواع مختلفة من الوقود الحيوي ، مثل الديزل الحيوي ، والزيوت النباتية ، والوقود الكحولي ، والكتلة الحيوية . وتستطيع عمليات كيميائية متنوعة تحويل الكربون والهيدروجين الموجودين في الفحم والغاز الطبيعي والكتلة الحيوية النباتية والحيوانية والنفايات العضوية إلى هيدروكربونات قصيرة السلسلة، مناسبة كبدائل للوقود الهيدروكربوني الحالي. ومن الأمثلة على ذلك ديزل فيشر-تروبش ، والميثانول ، وثنائي ميثيل الإيثر ، والغاز التخليقي . وقد استُخدم هذا المصدر للديزل على نطاق واسع في ألمانيا خلال الحرب العالمية الثانية ، حيث كانت تعاني من محدودية إمدادات النفط الخام. وتنتج جنوب أفريقيا معظم احتياجاتها من الديزل من الفحم لأسباب مماثلة. ^{[ 66 ]} وقد يجعل سعر النفط على المدى الطويل الذي يتجاوز 35 دولارًا أمريكيًا للبرميل إنتاج هذه الأنواع من الوقود السائل الاصطناعي على نطاق واسع اقتصاديًا.

على غرار مفاهيم تحويل الطاقة إلى سوائل وغازات، يمكن تخزين الطاقة في مواد صلبة، مثل المعادن ^{[ 67 ] [ 68 ]} كالحديد والألومنيوم ، والمواد غير المعدنية كالكبريت [ ^{69 ] .} تُخزَّن الطاقة، سواءً كانت كهرباء أو حرارة شمسية ، كيميائيًا ويمكن إطلاقها عند الحاجة. تاريخيًا، استُخدمت حوامل الطاقة الصلبة منذ زمن طويل في الألعاب النارية والصواريخ .

يتحول مركب النوربورنادين العضوي إلى الكوادريسيكلان عند تعرضه للضوء، مخزّناً الطاقة الشمسية على شكل طاقة الروابط الكيميائية. وقد طُوّر نظام عملي في السويد كنظام حراري شمسي جزيئي. ^{[ 77 ]} 

المكثف ( المعروف سابقًا باسم "المكثف الكهربائي") هو عنصر كهربائي سلبي ذو طرفين يُستخدم لتخزين الطاقة الكهروستاتيكية . تختلف المكثفات العملية اختلافًا كبيرًا، ولكنها جميعًا تحتوي على موصلين كهربائيين (لوحين) على الأقل يفصل بينهما عازل كهربائي . يمكن للمكثف تخزين الطاقة الكهربائية عند فصله عن دائرة الشحن، لذا يمكن استخدامه كبطارية مؤقتة ، أو كأنواع أخرى من أنظمة تخزين الطاقة القابلة لإعادة الشحن . ^{[ 78 ]} تُستخدم المكثفات بشكل شائع في الأجهزة الإلكترونية للحفاظ على إمداد الطاقة أثناء استبدال البطاريات. (يمنع هذا فقدان المعلومات في الأجهزة ذات الذاكرة المتطايرة ). توفر المكثفات التقليدية أقل من 360 جول لكل كيلوغرام، بينما تبلغ كثافة البطارية القلوية التقليدية 590 كيلوجول/كيلوغرام.

تُخزّن المكثفات الطاقة في مجال كهرساكن بين لوحيها. عند وجود فرق جهد بين الموصلين (مثلاً، عند توصيل مكثف ببطارية)، يتولد مجال كهربائي عبر العازل، مما يؤدي إلى تراكم الشحنة الموجبة (+Q) على أحد اللوحين والشحنة السالبة (-Q) على اللوح الآخر. إذا وُصِلَت بطارية بالمكثف لفترة كافية، فلن يمر تيار كهربائي عبره. مع ذلك، إذا طُبِّقَ جهد متسارع أو متناوب بين طرفي المكثف، فسيمر تيار إزاحة . إضافةً إلى لوحي المكثف، يمكن تخزين الشحنة أيضاً في طبقة عازلة. ^{[ 79 ]}

تزداد السعة الكهربائية مع تقارب المسافة بين الموصلات وكبر مساحة سطحها. عمليًا، يُصدر العازل بين اللوحين تيارًا تسريبيًا ضئيلًا ، وله حد أقصى لشدة المجال الكهربائي يُعرف بجهد الانهيار . مع ذلك، يُبشّر تأثير استعادة العازل لخصائصه بعد انهيار الجهد العالي بجيل جديد من المكثفات ذاتية الإصلاح. ^{[ 80 ] [ 81 ]} تُضيف الموصلات والأسلاك حثًا ومقاومة غير مرغوب فيهما .

تُجري الأبحاث تقييماً للتأثيرات الكمومية للمكثفات النانوية ^{[ 82 ]} لبطاريات الكم الرقمية. ^{[ 83 ] [ 84 ]}

تُخزّن أنظمة تخزين الطاقة المغناطيسية فائقة التوصيل (SMES) الطاقة في مجال مغناطيسي ناتج عن تدفق تيار مباشر في ملف فائق التوصيل تم تبريده إلى درجة حرارة أقل من درجة حرارته الحرجة فائقة التوصيل . يتضمن نظام SMES النموذجي ملفًا فائق التوصيل ، ونظامًا لتكييف الطاقة، ومبردًا. بمجرد شحن الملف فائق التوصيل، لا يتلاشى التيار، ويمكن تخزين الطاقة المغناطيسية إلى أجل غير مسمى. ^{[ 85 ]}

يمكن إطلاق الطاقة المخزنة إلى الشبكة عن طريق تفريغ الملف. ويُعزى فقد الطاقة في العاكس/المقوم المرتبط به إلى حوالي 2-3% في كل اتجاه. وتفقد أنظمة تخزين الطاقة المغناطيسية الفائقة (SMES) أقل كمية من الكهرباء في عملية تخزين الطاقة مقارنةً بأساليب تخزين الطاقة الأخرى. وتتميز هذه الأنظمة بكفاءة دورة كاملة تزيد عن 95%. ^{[ 86 ]}

نظراً لمتطلبات الطاقة اللازمة للتبريد وتكلفة الأسلاك فائقة التوصيل ، تُستخدم أنظمة تخزين الطاقة المغناطيسية الفائقة التوصيل (SMES) لتخزين الطاقة لفترات قصيرة، مثل تحسين جودة الطاقة . كما أن لها تطبيقات في موازنة الشبكة الكهربائية. ^{[ 85 ]}

تُعدّ السدود الكهرومائية أكبر مصدر وأضخم مخزن للطاقة المتجددة. إذ يُمكن لخزان كبير خلف السد تخزين كمية كافية من المياه لموازنة التدفق السنوي للنهر بين فصلي الجفاف والمطر، كما يُمكن لخزان ضخم جدًا تخزين كمية كافية لموازنة تدفق النهر بين سنوات الجفاف والمطر. ورغم أن السد الكهرومائي لا يُخزّن الطاقة مباشرةً من مصادر متقطعة، إلا أنه يُوازن الشبكة الكهربائية عن طريق خفض إنتاجه والاحتفاظ بمياهه عند توليد الطاقة من الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح. وإذا تجاوز توليد الطاقة من الرياح أو الطاقة الشمسية قدرة المنطقة الكهرومائية، فستكون هناك حاجة إلى مصدر طاقة إضافي.

تُنتج العديد من مصادر الطاقة المتجددة (لا سيما الطاقة الشمسية وطاقة الرياح) طاقة متغيرة . ^{[ 103 ]} يمكن لأنظمة التخزين أن تُوازن بين اختلالات العرض والطلب الناتجة عن ذلك. يجب استخدام الكهرباء فور توليدها أو تحويلها مباشرةً إلى أشكال قابلة للتخزين. ^{[ 104 ]}

تُعدّ الطاقة الكهرومائية المُخزّنة بالضخّ الطريقة الرئيسية لتخزين الطاقة الكهربائية في الشبكة . وقد استخدمت مناطق في العالم، مثل النرويج وويلز واليابان والولايات المتحدة، المرتفعات الجغرافية لإنشاء خزانات ، باستخدام مضخات تعمل بالطاقة الكهربائية لملئها. وعند الحاجة، يمرّ الماء عبر مولدات كهربائية، حيث يُحوّل الجهد الجاذبي للماء المتساقط إلى كهرباء. ^{[ 103 ]} تبلغ سعة التخزين بالضخّ في النرويج، التي تحصل على معظم طاقتها الكهربائية من الطاقة الكهرومائية، حاليًا 1.4 جيجاواط، ولكن نظرًا لأن إجمالي السعة المركّبة يبلغ حوالي 32 جيجاواط، و75% منها قابلة للتنظيم، فإنه يُمكن توسيعها بشكل كبير. ^{[ 105 ]}

تشمل بعض أشكال التخزين التي تنتج الكهرباء السدود الكهرومائية التي يتم تخزينها بالضخ ، والبطاريات القابلة لإعادة الشحن ، والتخزين الحراري بما في ذلك الأملاح المنصهرة التي يمكنها تخزين وإطلاق كميات كبيرة جدًا من الطاقة الحرارية بكفاءة، ^{[ 106 ]} وتخزين طاقة الهواء المضغوط ، والعجلات الدوارة ، والأنظمة المبردة، والملفات المغناطيسية فائقة التوصيل .

يمكن أيضًا تحويل الطاقة الفائضة إلى غاز الميثان ( عملية ساباتير ) وتخزينها في شبكة الغاز الطبيعي. ^{[ 107 ] [ 108 ]}

في عام ٢٠١١، أنشأت إدارة بونفيل للطاقة في شمال غرب الولايات المتحدة برنامجًا تجريبيًا لاستيعاب فائض طاقة الرياح والطاقة الكهرومائية المتولدة ليلًا أو خلال فترات العواصف المصحوبة برياح عاتية. تحت تحكم مركزي، تمتص الأجهزة المنزلية الطاقة الفائضة عن طريق تسخين قوالب خزفية في سخانات خاصة إلى مئات الدرجات، ورفع درجة حرارة خزانات سخانات المياه المعدلة . بعد الشحن، توفر الأجهزة التدفئة المنزلية والمياه الساخنة حسب الحاجة. وقد أُنشئ هذا النظام التجريبي نتيجة لعاصفة شديدة ضربت المنطقة عام ٢٠١٠، حيث أنتجت فائضًا كبيرًا من الطاقة المتجددة لدرجة أدت إلى إغلاق جميع مصادر الطاقة التقليدية، أو في حالة محطة الطاقة النووية، خفضها إلى أدنى مستوى تشغيل ممكن، مما جعل مساحة واسعة تعتمد بشكل شبه كامل على الطاقة المتجددة. ^{[ ١٠٩ ] [ ١١٠ ]}

تستخدم طريقة متطورة أخرى، استُخدمت في مشروع سولار تو السابق في الولايات المتحدة وبرج سولار تريس للطاقة في إسبانيا، الملح المنصهر لتخزين الطاقة الحرارية المُستمدة من الشمس، ثم تحويلها وتوزيعها كطاقة كهربائية. يضخ النظام الملح المنصهر عبر برج أو قنوات خاصة أخرى ليتم تسخينه بواسطة الشمس. وتُخزن المحلول في خزانات معزولة. تُنتج الكهرباء بتحويل الماء إلى بخار يُغذى به التوربينات .

منذ أوائل القرن الحادي والعشرين، تم تطبيق البطاريات على نطاق واسع في مجال تسوية الأحمال وتنظيم التردد . ^{[ 103 ]}

في نظام تخزين الطاقة من المركبات إلى الشبكة ، يمكن للمركبات الكهربائية الموصولة بشبكة الطاقة أن تنقل الطاقة الكهربائية المخزنة من بطارياتها إلى الشبكة عند الحاجة.