Акумулювання теплової енергії (АТЕ) відбувається завдяки широкому спектру технологій. Залежно від конкретної технології, воно дає можливість зберігати і використовувати надлишкову теплову енергію протягом декількох годин, днів або навіть декількох місяців в масштабах, характерних для використання окремими користувачами, будівництва (в тому числі - великомасштабного), використання в рамках округу, міста або регіону. Приклади використання - балансування попиту на енергію між денним і нічним часом, зберігання літнього тепла для опалення взимку або зимового холодного повітря для кондиціонування повітря. Серед засобів зберігання - ємності для зберігання води або льоду, маси материнської грунту або корінна порода, пов'язана з теплообмінниками з допомогою бурових свердловин, глубоколежащие водоносні горизонти, що знаходяться між непроникними шарами; дрібні ями, заповнені гравієм і водою і ізольовані в верхній частині; також засобами зберігання можуть бути евтектичних розчини і сольові грілки.
Іншими джерелами теплової енергії для зберігання можуть бути тепло або холод, вироблений тепловими насосами у внепіковие періоди виробництва дешевої електроенергії, практика, відома як обмеження піку навантаження; тепло від теплоелектроцентралей; тепло, вироблене поновлюваними джерелами енергії, що перевищують потреби електромереж, і дармове тепло від промислових процесів. Як сезонне, так і короткочасне зберігання тепла вважається важливим засобом для дешевого балансування високу частку різноманітних поновлюваних джерел енергії і інтеграції електроенергетичного і теплоенергетичного секторів в енергосистемах для досягнення 100% частки відновлюваної енергії.

Акумулювання сонячної енергії
Самі активно застосовуються системи сонячного опалення можуть зберігати енергію терміном від кількох годин до кількох днів. Однак, спостерігається зростання числа потужностей, що використовують сезонне акумулювання теплової енергії (сате), що дозволяє зберігати сонячну енергію влітку, щоб використовувати її для опалення приміщень в зимовий період. Сонячне співтовариство Дрейк Ленлінг з провінції Альберта в Канаді зараз навчилося використовувати 97% сонячної енергії круглий рік, що є рекордом, який став можливим тільки завдяки використанню сате.
Використання як прихованої, так і явною теплоти також можливо в високотемпературних системах прийому сонячної теплової енергії. Різні евтектичних суміші металів типу Алюмінію і кремнію (AlSi12) пропонують високу точку плавлення для ефективного виробництва пара, в той час як глиноземні суміші на основі цементу пропонують хороші властивості зберігання тепла.

Технологія розплаву солей
Явна теплота розплаву солей також використовується для зберігання сонячної енергії при високих температурах. Розплави солей можуть застосовуватися в якості методу акумулювання залишкової теплової енергії. На даний момент це - комерційна технологія для зберігання тепла, зібраного геліоконцентратора (наприклад, з СЕС баштового типу або параболоціліндров). Тепло пізніше може бути перетворено в перегрітий пар для харчування звичайних парових турбін і вироблення електрики в погану погоду або вночі. Це було продемонстровано в 1995-1999 роках в рамках проекту «Solar Two». Оцінки 2006 року передбачали річну ефективність в 99%, посилаючись на порівняння енергії, збереженої у вигляді тепла перед перетворенням в електрику і перетворення тепла в електрику безпосередньо. Використовуються різні евтектичних суміші солей (наприклад, нітрат натрію, нітрат калію і нітрат кальцію). Використання таких систем в якості середовища перенесення тепла помітно в хімічній і металургійній промисловості.

Сіль плавиться при 131C (268F). Вона зберігається в рідкому стані при 288C (550F) в ізольованих «холодних» ємностях для зберігання. Рідка сіль перекачується через панелі сонячного колектора, де сфокусоване сонячне тепло нагріває її до 566C (1 051F). Потім воно відправляється в гарячу ємність для зберігання. Самоізоляція ємності може використовуватися для зберігання теплової енергії протягом тижня. У разі потреби в електриці, гарячий розплав солей перекачується в звичайний парогенератор для виробництва перегрітої пари і запуску стандартної турбогенераторної установки, використовуваної на будь-який вугільної, нафтової або атомної електростанції. Турбіна потужністю в 100 МВт зажадає ємність висотою в 9,1 м (30 футів) і діаметром 24 м (79 футів) для її запуску в протягом чотирьох годин за подібним принципом.

У розробці знаходиться єдиний бак з розділовою плитою для збереження і холодного, і гарячого розплаву солей. Набагато більш економічним буде досягнення на 100% більшої кількості зберігання енергії на одиницю об'єму в порівнянні з парними ємностями, так як ємність для зберігання розплаву солей досить дорога через складної конструкції. Сольові грілки також використовуються для зберігання енергії в розплавах солей. 

Кілька Параболоциліндричних електростанцій в Іспанії і «Solar Reserve» - розробник сонячних електростанцій баштового типу використовує цей концепт для зберігання теплової енергії. Електростанція Солана в США може зберігати в розплавах солей енергію, яка виробляється 6 годин. Влітку 2013 року на електростанції «Gemasolar Thermosolar», що працює і як геліоконцентратора, і як електростанція на розплавах солей в Іспанії, вперше вдалося безперервного виробництва електрики протягом 36 днів.

Накопичення тепла в ємностях і печерах в скелях
Паровий акумулятор складається з ізольованого сталевого резервуара високого тиску, що містить гарячу воду і пар під тиском. В якості методу для зберігання тепла він використовується для того, щоб врівноважувати виробництва тепла мінливими або стабільними джерелами при змінному попиті на тепло. Парові акумулятори можуть стати дійсно необхідними для накопичення енергії в проектах, пов'язаних з тепловою сонячною енергією.

Великі накопичувачі широко застосовуються в Скандинавії для зберігання тепла протягом декількох днів, поділу виробництва тепла та енергія і допомоги в задоволенні пікового попиту. Досліджувався (і виявилося економічно вигідним) міжсезонне акумулювання тепла в печерах.

Накопичення тепла в гарячій породі, бетоні, гальці і т.д.
Вода має одну з найвищих теплоемкостей - 4,2 Дж / см3 * К, тоді як бетон володіє лише однією третиною від цього значення. З іншого боку, бетон може нагріватися до набагато більш високих температур - 1200C за рахунок, наприклад, електронагріву і, таким чином, має набагато більшу загальною ємністю. Слідуючи з прикладу далі, ізольований куб приблизно 2,8 м в діаметрі може виявитися здатним забезпечувати достатній обсяг зберігається тепла для одного будинку, щоб задовольнити 50% потреби в опаленні. В принципі, це може бути використано для зберігання надлишкової вітряної або фотоелектричної теплової енергії завдяки здатності електронагріву до досягнення високих температур. На рівні округів міжнародну увагу привернув проект «Віггенхаузен-Зюд» в німецькому місті Фрідрісхафене. Це - залізобетонний теплоаккумулятор об'ємом в 12 000 м3 (420 000 куб.фт.), з'єднаний з комплексом сонячних колекторів площею 4 300 м 2 (46 000 квадр. Фт), наполовину забезпечують потребу в гарячій воді та опалення у 570 будинків. Компанія «Siemens» будує під Гамбургом сховище тепла ємністю 36 МВТ * ч, що складається з базальту, розігрітого до 600C, і виробленням енергії в 1,5 МВт. Схожа система планується для побудови в данському місті Сорё, де 41-58% накопиченого тепла ємністю в 18 МВт * год буде передаватися для центрального теплопостачання міста, а 30-41% - як електрика.

Технологія сплаву на кордоні розчинності
Сплави на кордоні розчинності засновані на зміні фази металу з метою зберігання теплової енергії.
Замість того, щоб перекачувати рідкий метал між ємностями, як в системі з розплавом солей, метал полягає в капсулу з іншого металу, з яким не може сплавитися (що не піддається змішуванню). Залежно від вибору двох матеріалів (матеріал, який змінює фазу і матеріал капсули), щільність зберігання енергія може залишати 0,2-2 МДж / л.

Робоче середовище, як правило - вода або пар, використовується для передачі тепла до і від сплаву на кордоні розчинності. Теплопровідність таких сплавів часто вище (до 400 Вт / м * К), ніж у конкуруючих технологій, що означає більш швидку можливу «завантаження» і «розвантаження» теплового сховища. Технологія ще не реалізована для використання в промислових масштабах.

електротермичні накопичувачі
Електроакумуляційні печі - звичайна справа для європейських будинків з реєстрацією електроспоживання з урахуванням часу доби (найчастіше використовують більш дешеву електрику вночі). Вони складаються з керамічної цегли високої щільності або феолітових блоків, нагрітих електрикою до високих температур, які можуть мати або не мати хорошу ізоляцію і контролюють вивільнення тепла через певне число годин.

Технології з використанням льоду
Розробляється ряд технологій, де лід виробляється у внепіковие періоди і пізніше використовується для охолодження. Наприклад, кондиціювання повітря може бути економічніше за рахунок використання дешевої електрики вночі для заморозки води і подальшого використання холодильної потужності льоду днем ​​для зменшення кількості енергії, необхідної для підтримки кондиціонування повітря. Акумулювання теплової енергії із застосуванням льоду використовує високу теплоту плавлення води. Історично лід перевозили з гір в міста, щоб використовувати його, як охолоджувач. Одна метрична (= 1 м3) тонна води може зберігати 334 мільйони джоулів (Дж) або 317 000 Британських термічних одиниць (93 кВт * год). Відносно невеликий накопичувач може зберігати досить льоду, щоб охолоджувати велике будівництво цілий день або тиждень. 

Крім застосування льоду для прямого охолодження, він також використовується в теплових насосах, на яких працюють системи опалення. У цих сферах зміни енергії фази забезпечують дуже серйозний теплопровідний шар, близький до нижнього порогу температур, при якому може працювати тепловий насос, що використовує теплоту води. Це дозволяє системі переносити серйозні опалювальні навантаження і збільшувати проміжок часу, протягом якого елементи джерел енергії можуть повертати тепло в систему.

Надпровідний накопичувач енергії
У цьому процесі використовується розрідження повітря або азоту, як спосіб зберігання енергії.
Перша система накопичення енергії при наднизьких температурах, що використовує рідкий повітря в якості накопичувача енергії, а низькопробне дармове тепло - для запуску повторного теплового розширення повітря, працює на електростанції в місті Слау (Великобританія) з 2010 року.

Технології на основі гарячого кремнію
Твердий або розплавлений силікон пропонує набагато більш високі температури зберігання, ніж солі, а значить - і великі ємність і ККД. Він був досліджений, як, можливо, набагато більш ефективна технологія зберігання енергії. Кремній здатний зберігати більше 1 МВт * год енергії на м3 при температурі в 1400C.
Накопичення електрики після накачування теплом
У разі накопичення електрики після накачування теплом (НЕПНТ) двостороння теплонасосная система використовується для збереження енергії за рахунок різниці температур між двома накопичувачами тепла.

Система від «Isentropic»
Система, яка була розроблена нині збанкрутілої британської фірмою «Isentropic», працювала так, як зазначено нижче. Вона включала в себе два ізольованих контейнера, заповнених подрібненою породою або гравієм; нагріте посудину, який зберігає теплову енергію при високій температурі і тиску, і холодний посудину, який зберігає теплову енергію при низькій температурі і тиску. Судини з'єднані трубами вгорі і внизу, а вся система заповнена інертним газом аргоном.

Під час циклу зарядки система використовує внепіковое електрику для роботи в якості теплового насоса. Аргон з верхньої частини холодного судини при температурі і тиску, порівнянними з атмосферними, адиабатически стискається до тиску в 12 бар, нагріваючись до приблизно 500C (900F). Стиснутий газ переганяється в верхню частину нагрітого судини, де він просочується крізь гравій, передаючи своє тепло породі і охолоджуючись до температури навколишнього середовища. Охолоджений, але все ще знаходиться під тиском, газ осідає на дні посудини, де знову розширюється (знову ж адиабатически) до 1 бару і температури в -150C. Потім холодний газ проходить через холодний посудину, де охолоджує породу, нагріваючись до свого початкового стану.

Енергія знову перетворюється в електрику при зворотному проведенні циклу. Гарячий газ з нагрітого судини розширюється, щоб запустити генератор, і потім вирушає в холодну сховище. Охолоджений газ, що піднявся з дна холодного судини, стискається, нагріваючи газ до температури навколишнього середовища. Потім газ прямує до дна нагрітого судини, щоб знову піддатися нагріванню.
Процеси стиснення і розширення забезпечуються спеціально розробленим поршневим компресором, що використовують ковзаючі клапани. Додаткове тепло, вироблене в ході недоліків процесу, йде в навколишнє середовище через теплообмінники під час циклу розрядки.

Розробник заявляє, що ККД циклу в 72-80% цілком реальний. Це дозволяє порівнювати його з накопиченням енергії від ГАЕС, ККД якого становить понад 80%.
Інша пропонована система використовує турбіни і здатна працювати з набагато більшими обсягами енергії. Використання сольових грілок в якості накопичувача енергії дозволить просунути дослідження вперед.

Ендотермічна і екзотермічні хімічні реакції
Технологія на основі гідратів солей
Прикладом експериментальної технології накопичення енергії на основі енергії хімічних реакцій є технологія на основі гідратів солей. Система використовує енергію реакції, створюваної в разі гідратації або дегідратації солей. Це працює завдяки зберіганню тепла в резервуарі, що містить 50% -ний розчин гідроксиду натрію. Тепло (наприклад, одержуване з допомогою сонячної енергії) зберігається за рахунок випаровування води в ході ендотермічної реакції. Коли воду додають знову, в ході екзотермічної реакції при 50C (120F) вивільняється тепло. На даний момент системи працюють з ККД в 60%. Система особливо ефективна для сезонного накопичення теплової енергії, так як висушена сіль може зберігатися при кімнатній температурі тривалий час без втрат енергії. Контейнери з збезводненої сіллю навіть можуть перевозитися в різні місця. Система має більшу щільність енергії, ніж тепло, накопичене в воді, а її потужність дозволяє зберігати енергію протягом декількох місяців або навіть років. 

У 2013 році голландський розробник технологій «TNO» представив результати проекту «MERITS» по зберіганню тепла в контейнері з сіллю. Тепло, яке може доставлятися з сонячного колектора на плоский дах, випаровує воду, що міститься в солі. Коли воду додають знову, тепло вивільняється практично без втрат енергії. Контейнер з декількома кубометрами солі може зберігати досить термохимической енергії, щоб обігрівати будинок всю зиму. При температурному режимі, як в Нідерландах, середнє Теплотривкість господарство зажадає за зиму приблизно 6,7 ГДж енергії. Щоб зберегти стільки енергії в воді (при різниці температур в 70C), треба було б 23 м3 води в ізольованому резервуарі, що перевищує можливості зберігання більшості будинків. З використанням технології на основі гідрату солей з щільністю енергії близько 1 ГДж / м3, досить було б 4-8 м3.

Станом на 2016 рік, дослідники з декількох країн проводять експерименти з визначення найкращого типу солі або суміші солей. Низький тиск всередині контейнера здається найкращим для передачі енергії. Особливо перспективними є органічні солі, так звані «іонні рідини». У порівнянні з сорбентами на основі галіда літію вони викликають набагато менше проблем в умовах обмежених природних ресурсів, а в порівнянні з більшістю галіда і гідроксидом натрію - менш їдкі і не дають негативного впливу через викиди вуглекислого газу.

Молекулярні хімічні зв'язки
На даний момент досліджується можливість зберігання енергії в молекулярних хімічних зв'язках. Уже досягнута щільність енергії, еквівалентна іонно-літієвий батареям.