Le stockage de l'énergie consiste à mettre en réserve une quantité d'énergie provenant d'une source pour une utilisation ultérieure. Il a toujours été utile et pratiqué, pour se prémunir d'une rupture d'un approvisionnement extérieur ou pour stabiliser à l'échelle quotidienne les réseaux électriques, mais il a pris une importance accrue depuis l'apparition de l'objectif de transition écologique. Stocker de la chaleur ou de l'électricité permet ainsi de lisser les irrégularités de production et de consommation, dans le contexte de développement des énergies renouvelables et propres, mais intermittentes, telles que l'énergie éolienne et l'énergie solaire.
On s'intéresse ici principalement à l'opération consistant à créer une réserve à partir d'énergie disponible, et non à la gestion des stocks (notamment ceux en énergies fossiles) ou au déstockage.
vignette|redresse=1.5|Centrale solaire d'Andasol, située dans la commune d'Aldeire (province de Grenade, en Espagne). Planifiée, construite et exploitée par ACS-Cobra Energía, cette centrale solaire utilise la technique de stockage de chaleur dans des réservoirs de sel fondu, pour produire de l'électricité la nuit ou le jour quand le soleil ne brille pas.
Définitions
De même que l'expression « production d'énergie », l'expression « stockage d'énergie » est un abus de langage. Physiquement, l'énergie ne peut être ni produite, ni détruite. Les expressions précédentes correspondent, en fait, à une conversion d'énergie vers une forme plus adaptée à un usage prévu.. Dans le cas de la « production », cette forme sera un vecteur énergétique (très souvent de l'électricité) facilement utilisable par une machine et, dans le cas du « stockage », la forme sera de l'énergie potentielle à la fois facilement utilisable par une machine de « production » d'énergie (souvent un turboalternateur) et suffisamment stable pour limiter les pertes. L'éventuel stock d'énergie sera constitué à partir de flux d'énergie dont on n'a pas l'usage immédiat, pour en disposer ultérieurement, lorsque nécessaire.
Stocker de l'énergie nécessite toujours une machine qui « consomme » une partie de cette énergie, associée à une méthode de production adaptée au type de stockage et au vecteur énergétique utilisé. Généralement, un système de stockage d'énergie ne comporte qu'un seul vecteur énergétique, identique à l'entrée et à la sortie du stockage ; ainsi qu'une seule machine opérant en mode consommateur pour le stockage et en mode producteur pour le déstockage. Mais il est possible d'avoir deux vecteurs énergétiques distincts et deux machines distinctes. Par exemple : dispositif de stockage utilisant le même vecteur (l'électricité) et la même machine (un turboalternateur réversible) en entrée et en sortie : une station de pompage-turbinage ; dispositif utilisant deux vecteurs (chaleur et électricité) et deux machines différentes : la centrale solaire d'Andasol 1 transforme les rayons solaires en énergie thermique, forme sous laquelle elle est stockée, et en sortie, une machine classique transforme à la demande cette énergie thermique en électricité. Le stockage consomme de l'énergie et est souvent contraignant. Par exemple, le pompage-turbinage réclame deux sites de réservoirs proches mais ayant un fort dénivelé, configuration plus rare encore que celle nécessaire à un barrage hydroélectrique standard. Il est pourtant apparu dès la fin du . En effet, pour un fournisseur d'électricité, ce qui compte en premier lieu est la puissance électrique, et non l'énergie ; il l'indique comme caractéristique essentielle de ses centrales et elle détermine les coûts d'investissement (donc le coût de l'électricité)Cette caractéristique donne en anglais les termes ou , pour « centrale électrique ».. Comme la demande est fluctuante, une partie des générateurs requis pour faire face à la demande de pointe doit rester sous-utilisée, voire à l'arrêt une bonne partie du temps, mais doit rester disponible pour démarrer promptement. Si un procédé pour faire face à l'appel de puissance exige une certaine consommation d'énergie, ce n'est pas en soi gênant, d'autant moins si l'opérateur dispose d'une source en pratique inutile une partie du temps, donc gratuite à ces moments là, comme un barrage au fil de l'eau.
La recherche et le développement d'outils de stockage ont été stimulés par la crainte d'un épuisement des ressources non renouvelables et, par suite, le développement voulu d'énergies renouvelables mais malheureusement intermittentes. L'idée est que, quand des sources intermittentes fournissent une puissance inutile (voire nuisible, comme lors de la panne de courant du 4 novembre 2006 en Europe, dont les effets ont été limités en France par ses STEP)., un outil de stockage puisse se remplir d'énergie gratuite ou presque, et quand elles ne produisent pas, alors qu'une demande existe, l'outil de stockage puisse fournir cette énergie. Cette présentation masque le fait qu'en pratique, l'outil utile devient le stockage lui-même, disponible à la demande, et non la source intermittente qu'on peut d'ailleurs avantageusement remplacer par une source non intermittente ; le stockage n'en est que d'autant plus intéressant (les sources intermittentes n'en étant que l'auxiliaire, plutôt que l'inverse).
Les modes de stockage les plus communs (outre la mise en réserve d'une énergie fossile, dont la consommation a seulement été retardée) sont : l'énergie potentielle gravitationnelle, sous forme d'eau (barrage, STEPS) ou d'autres masses stockées en hauteur (voir plus bas) ; l'énergie thermique, à haute température à l'échelle industrielle sous forme de sels fondus, ou plus communément dans un ballon d'eau chaude à l'échelle domestique ou industrielle ; l'énergie chimique, notamment dans des batteries d'accumulateurs, et sous forme de biocarburants produits à partir de biomasse « neuve » (non fossile) exploitant le rayonnement solaire ; l'énergie mécanique, sous d'innombrables formes détaillées plus bas.
Intérêt Au , stocker de l'énergie est devenu vital pour les sociétés humaines et l'industrie et un Ademe (2025) Les avis de l'Ademe ; Flexibilité et stockage, janvier 2025 ; url= https://www.ademe.fr/wp-content/uploads/2025/01/avis-ademe-flexibilite-stockage_-janvier-2025.pdf ; PDF, consulté le 17 décembre 2025.. Pour les États, l'indépendance énergétique est stratégique, pour l'économie et les individus. L'énergie doit, tant que possible, être disponible à la demande ; et toute rupture d'approvisionnement imprévue entraîne des coûts élevés en matière économique, sociale, de santé ou de sécurité. Par exemple, une panne d'électricité dans un hôpital peut avoir des conséquences désastreuses, pour cette raison, il est muni de plusieurs groupes électrogènes de secours et de stocks de carburant.
Le stockage d'énergie a trois fonctions principales : sécuriser l'approvisionnement énergétique d'une entité (du foyer au pays ou groupe de pays) ; ajuster la production d'énergie à la demande ; compenser l'intermittence de certaines production d'énergies (liées au soleil, au vent, aux cours d'eau, aux marées ou à la houle...).
Besoins quantitatifs En 2015, l'Agence internationale pour les énergies renouvelables (IRENA) estime que pour atteindre 45 % d'énergies renouvelables dans le mix à l'horizon 2030, les besoins mondiaux en stockage d'énergie correspondraient à une puissance à fournir de par des batteries et de par des stations de pompageGrégoire Noble, « Le stockage d'énergie stimule l'ingéniosité française », Bati-actu, ...
Selon une étude publiée en par Bank of America Merrill Lynch, 6 % de la production électrique mondiale pourrait être stockée dans des batteries en 2040. Selon BloombergNEF, les capacités de stockage installées sur la planète passeraient de moins de en 2019 à plus de en 2040Électricité : la révolution du stockage est en marche, Les Échos, 19 août 2019..
Sécurisation de l'approvisionnement en énergie
vignette|centre|upright=2|Parc de stockage de la raffinerie MiRO à Karlsruhe, en Allemagne, où se trouvent des réservoirs de différentes formes selon le type de produit pétrolier : gaz (gaz de pétrole liquéfié), liquide (essence ou fioul) ou solide (coke de pétrole).
Une rupture d'approvisionnement en énergie peut désorganiser un pays au point de mettre en danger des fonctions vitales : défense, système de santé, sécurité (entre autres routière) Disposer d'un stockage suffisants permet de faire face à ce type de situation, dont en cas de crise géopolitique.
Le premier choc pétrolier (1973), créé par une baisse concertée des livraisons de pétrole par les pays de l'Organisation des pays exportateurs de pétrole, suscitant une envolée des prix pétroliers, a amené les les plus industrialisées (rejointes ultérieurement par additionnels) à créer l'Agence internationale de l'énergie, chargée de coordonner leurs politiques énergétiques et de mettre sur pied une économie raisonnée de la ressource « History », Agence internationale de l'énergie (consulté le 20 avril 2014).. Pour adhérer à l'AIE, un pays doit prouver qu'il dispose de réserves de pétrole équivalentes à d'importations, à disposition immédiate du Gouvernement au cas où des mesures d'urgence seraient décidées par l'AIE ; il doit également disposer d'un programme de rationnement pouvant réduire de 10 % sa consommation de pétrole « Member countries », Agence internationale de l'énergie (consulté le 20 avril 2014)..
En 2011, quand la première guerre civile libyenne a fait chuter la production du pays, l'AIE a décidé de prélever de barils dans ces réserves stratégiques « IEA Governing Board concludes Libya Collective Action », Agence internationale de l'énergie (consulté le 20 avril 2014)..
La réserve stratégique de pétrole la plus importante, aux États-Unis, atteignait de barils à la fin 2011, soit d'importations nettes Annual Energy Review - Table 5.17 Strategic Petroleum Reserve, 1977-2011, Energy Information Administration (consulté le 20 avril 2014)..
Les stocks de gaz jouent un rôle majeur dans le fonctionnement et la sécurité du système gazier : en France, les de stockage souterrain totalisent de capacité de stockage, soit 30 % des importations nettes de gaz en 2012.
Dans l'Union européenne, un Livre vert (2006), intitulé « Une stratégie européenne pour une énergie sûre, compétitive et durable », préconise notamment « une nouvelle législation sur les stocks de gaz donnant à l'UE un moyen de réagir par la solidarité entre les États membres en cas de situation d'urgence »Une stratégie européenne pour une énergie sûre, compétitive et durable, Commission européenne (consulté le 20 avril 2014), chapitres 2.2 et 2.3, .. Cette règlementation, adoptée en 2010, enjoint à chaque État membre de désigner une autorité compétente chargée d'établir des plans d'urgence, des évaluations des risques, et d'imposer aux entreprises gazières de prendre les mesures nécessaires pour garantir des standards de sécurité d'approvisionnement, sans fixer d'objectif précis en matière de stockage. Elle promeut surtout une diversification de approvisionnement (gazoducs évitant la Russie par le sud, ports méthaniers) et d'amélioration des capacités d'échange, en particulier la bidirectionnalité des gazoducs Regulation (EU) concerning measures to safeguard security of gas supply, EUR-Lex..
Dans le nucléaire, le stock d'uranium nécessaire en amont du cycle du combustible nucléaire (conversion en hexafluorure d'uranium, enrichissement, fabrication des assemblages, combustible en réacteur) représente plusieurs années de consommation, gage de résistance à une rupture d'approvisionnement. Chaque centrale nucléaire dispose en outre d'une redondance de ses dispositifs de secours : elle doit disposer de plusieurs sources d'alimentation électrique, par exemple des groupes Diesel et d'un stock de carburant, pour compenser toute perte de connexion au réseau et maintenir le circuit de refroidissement et éviter toute surchauffe, voire une fusion du cœur.