飞轮储能系统（原理见图）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。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旋转速度的平方成正比。虽然可以通过提高飞轮总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。

飞轮储能系统原理图

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，其主要特点是结构紧凑、效率高，一般用作飞轮电池、不间断电源等。

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。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和真空技术等。