ระบบกักเก็บพลังงาน (Energy Storage System: ESS) ในบริบทของสมาร์ทกริด หมายถึง ระบบหรืออุปกรณ์ซึ่งสามารถแปลงพลังงานไฟฟ้าไปเป็นพลังงานในรูปแบบอื่น เพื่อกักเก็บไว้ใช้งานในเวลาอื่น เมื่อจำเป็นต้องใช้พลังงานไฟฟ้า ระบบกักเก็บพลังงานจะแปลงพลังงานที่กักเก็บไว้กลับมาเป็นพลังงานไฟฟ้าอีกครั้งและจ่ายคืนสู่ระบบต่อไป โดยการแปลงรูปพลังงานไปมานั้นจะเกิดการสูญเสียพลังงานบางส่วนไปขึ้นอยู่กับกระบวนการที่ใช้ ดังนั้นระบบกักเก็บพลังงานที่ดีจะต้องมีความสูญเสียในกระบวนการแปลงรูปพลังงานให้น้อยที่สุด รูปที่ 1 แสดงตัวอย่างประเภทของระบบกักเก็บพลังงานซึ่งมีอยู่อย่างหลากหลาย โดยสามารถแบ่งตามรูปแบบของพลังงานที่กักเก็บ เช่น กักเก็บพลังงานในรูปแบบของพลังงานจลน์ พลังงานศักย์ พลังงานเคมี เป็นต้น นอกจากนี้ระบบกักเก็บพลังงานมีตั้งแต่ขนาดเล็กระดับเพียงไม่กี่วัตต์ เช่น แบตเตอรี่ โทรศัพท์เคลื่อนที่ ถ่านไฟฉาย ไปจนถึงขนาดใหญ่ระดับหลายเมกะวัตต์ เช่น แบตเตอรี่สนับสนุนระบบโครงข่ายไฟฟ้า โรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับ เป็นต้น

นอกจากนี้ระดับความไวในการจ่ายไฟฟ้าของระบบกักเก็บพลังงานกลับเข้าสู่ระบบไฟฟ้าหลักก็มีหลากหลายเช่นกัน โดยบางระบบมีการตอบสนองที่รวดเร็วในระดับมิลลิวินาที (ms) ในขณะที่บางเทคโนโลยีมีการตอบสนองที่ช้าต้องใช้เวลานานในการจ่ายไฟฟ้ากลับเข้าระบบ ทั้งนี้ระบบกักเก็บพลังงานแต่ละประเภทนั้นมีบทบาทและวัตถุประสงค์ของการใช้งานที่แตกต่างกันออกไป

ตัวอย่างของระบบกักเก็บพลังงานในรูปแบบของพลังงานศักย์ ได้แก่ โรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับ (Pumped Hydropower Plant) ถือเป็นประเภทที่มีการใช้งานระบบโครงข่ายไฟฟ้ามาเป็นระยะเวลานานมากแล้ว และยังเป็นประเภทของระบบกักเก็บพลังงานที่มีความจุรวมมากที่สุดในโลก ปัจจุบันประเทศไทยได้มีการใช้งานโรงไฟฟ้าประเภทนี้แล้ว นั่นคือ โรงไฟฟ้าลำตะคองชลภาวัฒนาในจังหวัดนครราชสีมา ช่วงเวลาที่มีการผลิตไฟฟ้าเกินกว่าความต้องการไฟฟ้า ระบบดังกล่าวจะใช้ไฟฟ้าส่วนเกินในการสูบน้ำจากอ่างเก็บน้ำลำตะคอง (อ่างล่าง) ขึ้นไปเก็บไว้ชั่วคราวที่อ่างเก็บน้ำที่ก่อสร้างใหม่บนภูเขา (อ่างบน) ซึ่งห่างออกไปประมาณ 5 กิโลเมตร เมื่อมีความต้องการใช้ไฟฟ้าจะปล่อยน้ำจากอ่างบนกลับสู่อ่างล่างผ่านกังหันน้ำเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าจ่ายกลับคืนให้ระบบโครงข่ายไฟฟ้า

รูปที่ 1 ระบบกักเก็บพลังงานรูปแบบต่างๆ

รูปที่ 2 โรงไฟฟ้าพลังงานน้ำแบบสูบกลับลำตะคอง กฟผ. จ.นครราชสีมา