工作原理
飛輪儲能系統是一種機電能量轉換的儲能裝置，突破了化學電池的局限，用物理方法實現儲能。通過電動/發電互逆式雙向電機，電能與高速運轉飛輪的機械動能之間的相互轉換與儲存，并通過調頻、整流、恒壓與不同類型的負載接口。
在儲能時，電能通過電力轉換器變換後驅動電機運行，電機帶動飛輪加速轉動，飛輪以動能的形式把能量儲存起來，完成電能到機械能轉換的儲存能量過程，能量儲存在高速旋轉的飛輪體中。
之後，電機維持一個恒定的轉速，直到接收到一個能量釋放的控制信号；釋能時，高速旋轉的飛輪拖動電機發電，經電力轉換器輸出适用于負載的電流與電壓，完成機械能到電能轉換的釋放能量過程。
整個飛輪儲能系統實現了電能的輸入、儲存和輸出過程。
組成結構
飛輪本體是飛輪儲能系統中的核心部件，作用是力求提高轉子的極限角速度，減輕轉子重量，最大限度地增加飛輪儲能系統的儲能量，目前多采用碳素纖維材料制作。
軸承系統的性能直接影響飛輪儲能系統的可靠性、效率和壽命。目前應用的飛輪儲能系統多采用磁懸浮系統，減少電機轉子旋轉時的摩擦，降低機械損耗，提高儲能效率。
飛輪儲能系統的機械能與電能之間的轉換是以電動/發電機及其控制為核心實現的，電動、發電機集成一個部件，在儲能時，作為電動機運行，由外界電能驅動電動機，帶動飛輪轉子加速旋轉至設定的某一轉速；在釋能時，電機又作為發電機運行，向外輸出電能，此時飛輪轉速不斷下降。顯然，低損耗、高效率的電動/發電機是能量高效傳遞的關鍵。
電力轉換裝置是為了提高飛輪儲能系統的靈活性和可控性，并将輸出電能變換(調頻、整流或恒壓等)為滿足負荷供電要求的電能。
真空室的主要作用是提供真空環境，降低電機運行時的風阻損耗。
飛輪儲能系統主要包括轉子系統、軸承系統和轉換能量系統三個部分構成。另外還有一些支持系統，如真空、深冷、外殼和控制系統。
1、轉子系統
飛輪轉動時動能與飛輪的轉動慣量成正比。而飛輪的轉動慣量又正比于飛輪直徑的2次方和飛輪的質量（J=(0.5~1)*M*R^2,飛輪質量分布均勻時取0.5，質量完全集中在邊緣時取1）。
當過于龐大、沉重的飛輪在高速旋轉時，會受到極大的離心力作用，往往超過飛輪材料的極限強度，很不安全。因此，用增大飛輪轉動慣量的方法來增加飛輪的動能是有限的。
2、軸承系統
支撐轉子的軸承，支撐轉子運動，降低摩擦阻力，使整個裝置則以最小損耗運行。
3、轉換能量系統
飛輪儲能裝置中有一個内置電機，它既是電動機也是發電機。在充電時，它作為電動機給飛輪加速；當放電時，它又作為發電機給外設供電，此時飛輪的轉速不斷下降；而當飛輪空閑運轉時，整個裝置則以最小損耗運行。
飛輪儲能器中沒有任何化學活性物質，也沒有任何化學反應發生。旋轉時的飛輪是純粹的機械運動，飛輪在轉動時的動能為：
E=1/2Jω/2
式中：J為飛輪的轉動慣量
ω為飛輪旋轉的角速度.
飛輪儲能的技術優勢是技術成熟度高、充放電次數無限以及無污染等特性。
飛輪儲能的劣勢也很明顯：能量密度不夠高、自放電率高，如停止充電，能量在幾到幾十個小時内就會自行耗盡。
發展前景
飛輪儲能的研究主要着力于研發提高能量密度的複合材料技術和超導磁懸浮技術。其中超導磁懸浮是降低損耗的主要方法，而複合材料能夠提高儲能密度，降低系統體積和重量。截止2012年我國還沒有100千瓦、1萬轉以上的飛輪儲能電機。
