飞轮储能是将能量以动能的形式储存在高速旋转的飞轮中，它主要由高强度合金和复合材料的飞轮转子、高速轴承、电动/发电机、电力转换器和真空安全罩(真空室)组成。其基本原理是由电能驱动飞轮到高速旋转，电能转变为飞轮动能而储存，当需要电能时，飞轮减速，电动机作发电机运行，将飞轮动能转换成电能，飞轮的加速和减速实现了充电和放电，因此也被称为飞轮电池。
与传统的化学电池(如铅酸电池、锂离子电池等)相比，飞轮储能具有储能密度高、充放电速度快、效率高、寿命长(20年以上)、无需特殊维护、无污染、应用范围广、适应性强等优点。系统在任何时点的实际电量信息可直接准确获得。此外，飞轮储能的占地面积不大，还可以埋在地下。以不间断电源(UPS)应用来说，同等电量下飞轮储能的占地面积只有铅酸电池的1/4～1/3。
关于飞轮储能与铅酸电池的成本比较，清华大学工程物理系副研究员戴兴建曾在2011年12月时对媒体记者表示：电池的运行需要空调作保证，因此需要额外的电费；两三年更换电池，又是一笔费用；同样容量的储能，飞轮储能占地面积小。综合起来，两者在寿命期内的竞争成本差不多。
但是，飞轮储能技术也存在明显的不足，主要是能量密度不高；放电时间短，一般不超过15分钟；另外就是自放电率较高，，大约每小时自放电0.1%，这意味着1,000kWh的飞轮存储电量，如果一直不用，大约41天就会消耗殆尽。空载损耗大(自放电率高)是制约其进一步发展的决定因素。据公开数据显示，现在产业化的主流技术的放电时间基本在10～100秒，最长达到900秒。
从飞轮储能的技术特点来看，它最适合那些高功率、应用次数频繁但应用时间又不长的不间断电源(UPS)、电力调峰调频等需求市场。目前，在不间断电源市场，成立于1992年的Active Power公司(NASDAQ：ACPW)公司的飞轮储能产品已经实现了规模化销售，而且，在为数不多的飞轮储能企业中，Active Power是财务状况比较好的一家公司。在电力调峰调频市场，Beacon Power公司(NASDAQ：BCON)最具代表性，2011年春，全球首个大型“飞轮计划”宣告展开——Beacon Power公司在纽约州史蒂芬镇(Stephentown)的20MW项目装置了200个飞轮。
在交通运输领域，飞轮储能技术也在积极尝试，目前已有机构在积极开发HEV用的飞轮电池系统。其主要作用：A)稳定主动力源的功率输出。在混合动力汽车起步、爬坡和加速时，飞轮电池能够快速、大能量的放电，为主动力源提供辅助动力，并减少主动力源的动力输出损耗。B)提高能量回收的效率。在混合动力电动汽车下坡、滑行和制动时，飞轮电池能够快速、大量的存储动能，充电速度不受“活性物质”化学反应速度的影响，可提高再生制动时能量回收的效率。飞轮储能用于HEV，存在的主要问题是如何尽可能减轻飞轮的陀螺效应以及提高飞轮的工作效率。
中国对飞轮储能技术的研究大致始于上世纪80年代，但一直研究者甚少，政府也不太重视。资料显示，到现在为止30多年来，飞轮储能只获得过两个863计划(国家高技术研究发展计划)探索项目和一个“八*五”攻关项目的支持，除国防领域外，公开的总共投入经费不足500万元。
中国开发飞轮储能技术的研究机构也不多，主要有清华大学工程物理系飞轮储能实验室、中科院电工所、北京航空航天大学、华北电力大学等少数几家，其中中科院电工所是中国最早研发飞轮储能技术的机构。目前，中科院电工所与天津核工业理化工程研究院等组成了北京飞轮储能柔性研究所，专注于飞轮储能技术的研究开发工作。企业方面，目前似乎只有英利集团一家在做。英利飞轮储能设备的市场定位有两个：一个是智能电网市场，另一个是新能源汽车的动力源市场。目前的市场重心主要在前者。
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