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如今，飞轮储能系统被用于超越化学电池的各种要求苛刻的应用的穿越能源。
飞轮是人类已知的最古老的机器之一，它利用动量和旋转来储存能量，早在新石器时代就被用于主轴、陶轮和磨刀石等工具。如今，飞轮储能系统被用于超越化学电池的各种要求苛刻的应用的穿越能源。
飞轮系统通过高速旋转质量，以动能的形式机械地存储能量。电气输入使飞轮转子旋转并保持其旋转，直到被要求释放储存的能量。可用能量及其持续时间由飞轮的质量和速度控制。
在旋转飞轮中，动能是飞轮转速和惯性质量动量的函数。惯性动量与飞轮的质量和直径有关。高速飞轮的动能利用了所涉及的物理特性，导致飞轮转速增加的存储能量呈指数级增长。
动能是运动能量，由物体因其运动而可以做的工作量来量化，用公式表示：动能 = 1/2mv2
高速飞轮的剖析
飞轮的主要部件是高速永磁电机/发电机、全主动磁浮轴承和转子组件结构（图 1）。
1. 高速永磁电机/发电机采用专用稀土磁铁，可最大限度地减少转子发热并最大限度地提高效率和可靠性，使飞轮系统能够快速循环而不会过热。这有利于在具有高循环和长寿命要求的苛刻应用中使用。飞轮的转子组件在由外部真空泵提供的真空中运行。通过从电机的旋转区域去除空气，消除了系统中的所有风阻损失，从而提高了电气效率。
2. 飞轮包含一个用于存储的钢块。由于钢是一种广为人知、得到良好支撑的材料，因此它避免了与其他材料相关的技术风险，例如复合材料，这些材料可能提供更高的能量密度，但温度变化和蠕变的风险更大，这些风险可能导致负载不平衡并随着时间的推移降低运行性能。
3.基于永磁电机设计，飞轮可以以最小的热量连续快速循环。相比之下，其他电机技术在放电过程中产生的热量要多得多。
4. 磁力轴承/悬浮系统允许电机转子组件以非常高的速度旋转，而不会与固定部件发生物理接触，从而优化效率和产品寿命。磁浮轴承几乎消除了维护的需要，因为飞轮内部没有接触点 – 无需更换轴承或用润滑剂重新包装轴承。
5. 内置电源转换模块控制器提供高效率，并在飞轮的使用寿命内最大限度地提高可靠性，并具有自诊断工具，可以主动预防故障。对于每种应用，飞轮转速限制都可以根据适当的循环要求和其他特定条件进行修改。
6. 实时显示为用户提供飞轮状态的视图，包括转子转速、充电容量、放电事件历史和可调电压设置等重要参数。通过串行接口、报警状态触点、直流总线的软启动预充电和按钮关断功能，还提供额外的监视和控制功能。
受益于飞轮储能系统的主要应用包括：
数据中心
数据中心的高耗电特性使其成为节能和绿色电力解决方案的主要候选者。可靠性、效率、冷却问题、空间限制和环境问题是实施飞轮储能的主要驱动因素。飞轮与数据中心的三相UPS单元配对，可提供瞬时且经济高效的备用电源。
在电力中断期间，飞轮将立即提供备用电源。当飞轮与UPS系统（而不是电池）一起使用时，它们可以提供可靠的保护，防止破坏性的电压骤降和短暂的停电。在电力中断和停电期间，飞轮提供维持负载所需的能量，从而为应急发电机提供足够的时间启动和承担负载。此时，飞轮重新充电，以全速行驶，为下一次活动做好准备。UPS无法支撑负载的主要原因是电池故障。电池寿命受循环次数、温度和维护的影响。为了提高电池寿命和系统可用性，飞轮可以与电池结合使用，以延长电池运行时间，并减少每年导致电池寿命的电池放电次数（图 2）。
医疗诊断
许多类型的医学成像设备，如CT或MRI机器，也可以从飞轮储能系统中受益。停电、浪涌和停电会对 MRI 设备产生毁灭性影响。通常，从变电站到医院的电力对于 MRI 和 CT 操作来说是不一致的，因为电压下降或电流浪涌会损坏设备的制冷系统并促使 MRI 设备硬关闭。
飞轮与设施的三相 UPS 系统配对，为成像套件提供清洁、可靠的电力。如果停电或从公用事业公司进来的电力“脏”，UPS 将从飞轮产生平稳、高质量的电力。除了需要最高的电源可靠性外，空间通常也是一个问题。由于飞轮占地面积小，不需要专用冷却，UPS和飞轮可以放在放射学套件中。相反，带有电池组的UPS需要位于更大的环境冷却区域。
可再生微电网
如果以柴油发电机为动力源，部署在岛屿等偏远设施中的微电网将面临高昂的燃料成本。光伏太阳能电池板通常用于最大限度地减少对发动机发电机的需求，以节省成本，同时在需要 200 至 300kW 电源的偏远度假胜地等地区提供更清洁、更安静的电力。虽然太阳能发电有很多优点，但太阳能微电网在需求激增期间会受到问题的影响，并且由于云层覆盖而导致电力下降。在这种类型的安装中添加飞轮可以支持整个微电网或仅支持太阳能系统，以防止由骤降和浪涌导致的电能质量问题。在未受保护的太阳能装置上，电力问题的波动性可能会对连接的设备、敏感的电子设备（如计算机和各种电器）造成损坏。由于飞轮将用作功率调节器，吸收这些波动，因此操作员会发现联网设备过早失效的可能性要小得多。
更环保的能源方式
随着广泛应用中的能源需求变得越来越复杂，那些负责确保组织内可靠、清洁、具有成本效益的能源供应的人一直在寻找能够提高效率同时增强能源可靠性的解决方案。在许多情况下，在新的或改造的电气系统设计中采用飞轮技术可以为实现最大化可靠性和降低运营成本这一有时相互冲突的目标奠定良好的基础。飞轮具有提供环保能源的额外优势，其典型的使用寿命为 20 年，对于任何需要“始终开启”电源的应用来说，飞轮都是一种清洁、经济高效的解决方案。