飞轮储能系统由大惯量高速飞轮、轴承支撑系统、电动机/发电机、功率变换器、电子控制系统和真空泵、紧急备用轴承等附加设备组成。飞轮储能将外界输入的电能，通过电动机带动飞轮高速旋转，以动能的形式储存能量，完成电能-机械能的转换过程；当外界需要电能时，高速旋转的飞轮作为原动机拖动发电机发电，经功率变换器输出电流和电压，完成机械能-电能转换的能量释放过程。储存在飞轮中的能量与飞轮的质量和转速的二次方成正比。可见，虽然可以通过提高飞轮质量来达到更大的储能量，更为有效的方法是提高飞轮的转速。飞轮储能具有储能密度较高、充放电次数与充放电深度无关、能量转换效率高、可靠性高、易维护、使用环境条件要求低、无污染等优点。飞轮储能技术主要有两大分支，第一个分支是以接触式机械轴承为代表的大容量飞轮储能技术，其主要特点是储存动能、释放功率大，一般用于短时大功率放电和电力调峰场合。第二个分支是以磁悬浮轴承为代表的中小容量飞轮储能技术（见图），其主要特点是结构紧凑、效率更高，一般用作飞轮电池、不间断电源等。从提高飞轮的转速和降低飞轮旋转时的损耗方面考虑，飞轮储能的关键技术包括高强度复合材料技术、高速低损耗轴承技术、高速高效发电/电动机技术、飞轮储能并网功率调节技术、真空技术等。

以磁悬浮轴承为代表的中小容量飞轮储能技术