Termisk energilagring (TES - fra engelsk thermal energy storage) er lagring af termisk energi til senere genbrug. Ved at anvende vidt forskellige teknologier kan termisk energi lagres i timer, døgn, måneder eller år. Omfanget af både lagring og anvendelse varierer fra lille til stor – fra individuelle processer til distrikt, by eller region. Eksempler på anvendelser er afbalancering af energibehovet mellem dag og nat, lagring af sommervarme til vinteropvarmning eller vinterkulde til sommerkøling (årstidsbestemt termisk energilagring).

Typerne af termisk energilagring kan opdeles i tre separate kategorier: Sensibel varmelagring, latent varme og termokemisk varmelagring. Hver af disse har forskellige fordele og ulemper, der bestemmer deres anvendelser.

Sensibel varmelagring (SHS fra engelsk: Sensible heat storage) er den mest ligefremme metode. Det betyder blot, at temperaturen på et medium enten øges eller sænkes. Denne type lagring er den mest kommercielt tilgængelige af de tre; andre teknikker er mindre udviklede.

Materialerne er generelt billige og sikre. En af de billigste og mest almindeligt anvendte muligheder er en varmtvandsbeholder, men materialer som smeltede salte eller metaller kan opvarmes til højere temperaturer og tilbyder derfor en højere lagringskapacitet. Energi kan også lagres under jorden (UTES), enten i en underjordisk tank eller i en slags varmeoverføringsvæske (HTF), der strømmer gennem et rørsystem, enten placeret lodret i U-former (borehuller) eller vandret i render. Endnu et system er hvor noget væske, normalt luft, strømmer gennem et lag af løst pakket materiale (normalt sten, småsten eller keramiske mursten) for at tilføje eller udvinde varme.

En ulempe ved SHS er dens afhængighed af lagringsmediets egenskaber. Lagringskapaciteten er begrænset af lagringsmaterialets specifikke varmekapacitet, og systemet skal designes korrekt for at sikre energiudvinding ved en konstant temperatur.^[1]

Lagre til sensibel varme har normalt en lav energitæthed, hvilket betyder, at de kræver store rumfang og plads til lagertanke samt et langsomt tab af termisk energi over tid, selv med installationer ved siden af ​​den sensible varmelagring.^[2]

Fordi latent varmelagring (LHS) er forbundet med en faseovergang, er den generelle betegnelse for det tilknyttede medie faseskiftmateriale (PCM). Under disse overgange kan varme tilføres eller udvindes uden at påvirke materialets temperatur, hvilket giver det en fordel i forhold til SHS-teknologier. Lagringskapaciteterne er ofte også højere.

Der findes et væld af PCM'er, herunder, men ikke begrænset til, salte, polymerer, geler, paraffinvokser, metallegeringer og halvleder-metallegeringer,^[3] hver med forskellige egenskaber. Dette muliggør et mere målrettet systemdesign. Da processen er isotermisk ved PCM'ens smeltepunkt, kan materialet udvælges til at have det ønskede temperaturområde. Ønskelige egenskaber inkluderer høj latent varme og varmeledningsevne. Desuden kan lagringsenheden være mere kompakt, hvis volumenændringerne under faseovergangen er små.

PCM'er er yderligere opdelt i organiske, uorganiske og eutektiske materialer. Sammenlignet med organiske PCM'er er uorganiske materialer mindre brandfarlige, billigere og mere bredt tilgængelige. De har også højere energitæthed og varmeledningsevne. Organiske PCM'er er derimod mindre korrosive og ikke så tilbøjelige til faseseparation. Eutektiske materialer er lettere at justere for at opnå specifikke egenskaber, men har lave latente og specifikke varmekapaciteter.

En anden vigtig faktor i LHS er indkapslingen af ​​PCM'et. Nogle materialer er mere tilbøjelige til erosion og lækage end andre. Systemet skal designes omhyggeligt for at undgå unødvendigt varmetab.^[1]

Termokemisk varmelagring (TCS fra engelsk: Thermo-chemical heat storage) involverer en form for reversibel eksoterm/endoterm kemisk reaktion med termokemiske materialer (TCM fra engelsk: thermo-chemical materials). Afhængigt af reaktanterne kan denne metode muliggøre en endnu højere lagringskapacitet end LHS.

I én type TCS anvendes varme til at nedbryde visse molekyler. Reaktionsprodukterne separeres derefter og blandes igen efter behov, hvilket resulterer i frigivelse af energi. Nogle eksempler er nedbrydning af kaliumoxid (over et område på 300-800 °C, med en varmenedbrydning på 2,1 MJ/kg), blyoxid (300-350 °C, 0,26 MJ/kg) og calciumhydroxid (over 450 °C, hvor reaktionshastighederne kan øges ved at tilsætte zink eller aluminium). Den fotokemiske nedbrydning af nitrosylchlorid kan også anvendes, og da den kræver fotoner for at forekomme, fungerer den særligt godt sammen med solenergi.^[1]

En anden lovende måde at lagre solenergi på til elproduktion og varmeproduktion er et såkaldt molekylært soltermisk system (MOST fra engelsk: Molecular Solar Thermal System). Med denne tilgang omdannes et molekyle ved fotoisomerisering til en isomer med højere energi.

I 2022 rapporterede forskere, at de kombinerede MOST med en termoelektrisk generator på størrelse med en chip for at generere elektricitet fra den. Systemet kan angiveligt lagre solenergi i op til 18 år og kan være en mulighed for lagring af vedvarende energi.^[4][5]

I 2026 blev det offentliggjort at Han Nguyen og hans gruppe har fået lavet et stof pyrimidone, som kan gemme sollys via fotoisomerisering og frigøre varme, når stoffet udsætte for en katalysator (her en syre). Pyrimidone kan gemme varmen i årevis. Ydermere er energitætheden mere end 1,6 MJ/kg, hvilket cirka er dobbelt så meget som Lithium-ion-akkumulatorer. Når varmen slippes løs kan det fx få vand til at koge, en virkning som hidtil har været svært at opnå.^[6]

• Akkumuleringsbeholder