人类对地下储能认识源于对温泉等地热能的利用，瑞典、挪威、芬兰等北欧国家是近现代最先利用地质条件发展地下储能的地区。随着生态环境保护意识的增强和可持续发展理论的发展，地下储能在20世纪60～70年代逐步在世界各国得到广泛利用。

现代地下储能利用一般分为含水层储能（aquifer thermal energy storage; ATES）、地坑式储能（cavern thermal energy storage; CTES）、插管式储能（borehole thermal energy storage; BTES）。地下储能技术在建设低碳社会中发挥着重要作用，有助于解决可再生能源间歇性问题。储存电能或热能延长了可再生能源可以提供能量的时间，并且在需求时提供能量。在北美、欧洲以及中国北方等气候变化较大的地区，地下储能系统有着较为广阔的发展前景。根据构造不同，可分为：①含水层热能储存系统，是最常用的地下储能系统（图1）。它是利用自然地下层（如沙子，砂岩或白垩层）作为临时存储热或冷的存储介质。在含水层储能系统中，地下水从含水层泵送出以添加或提取热能。然后将改变温度后的地下水注入相同或另一含水层，储存在含水层构造介质（土壤或岩石）中。在相反的季节，通过泵出存储层的地下水，使用其存储的能量并且以改变的温度将地下水重新注入含水层中，回收来自含水层的存储的热能。②钻孔地下热能储存系统，使用钻孔将垂直的热交换器插入地下进行能量存储（图2）。这种能量储存技术确保了热能朝向地面（黏土，沙子，岩石等）的传递。一般将夏季太阳能热储存用于冬季房屋或办公室的室内取暖。地热交换器也经常与热泵结合使用，其中地热交换器从土壤中提取低温热量。③地下岩洞储能系统，利用地下岩洞，包括废弃的矿山和石油储备在地下储存能量（图3）。由于这种储能方式建设成本较高，与其他两种储能系统相比不常见。

图1 含水层储能系统应用技术示意图

图2 钻孔地下热能储系统应用技术示意图

图3 地下岩洞（地坑式）储能系统示意图