Las plantas de bombeo almacenan energía en forma de energía potencial gravitacional del agua, elevando agua desde un depósito inferior a uno a mayor altura. Durante los periodos de alta demanda, el agua almacenada en el embalse superior se libera mediante turbinas hacia un depósito inferior para producir electricidad, mientras que en periodos de baja demanda el agua se bombea de vuelta al embalse superior y se almacena de nuevo. Aunque en general se trata de reservas superficiales (embalses, depósitos, etc.), también puede utilizarse el mar o cavernas subterráneas como reserva inferior.
La particularidad técnica que presentan respecto a las hidroeléctricas convencionales es la utilización de grupos turbobomba reversibles (aunque pueden presentar dos equipos distintos independientes) que permite alternativamente turbinar o bombear agua entre dos embalses situados a distintas cotas.
Desde un punto de vista hidráulico, los almacenamientos se clasifican en sistemas de circuito cerrado o abierto, o lo que es lo mismo, centrales puras de acumulación, o mixtas. En el caso de circuitos cerrados, el circuito hidráulico del almacenamiento no está conectado de forma continua con un cauce natural – tan sólo para el llenado inicial, y para recuperar pérdidas por evaporación o infiltración -; mientras que en el caso de circuitos abiertos, la conexión es permanente.
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