飞轮储能，是物理储能的一种，是一种利用电动机带动飞轮在真空中高速旋转，在需要时通过飞轮惯性带动发电机发电的储能方式，具有响应速度快、功率特性好、使用寿命长等优点。
飞轮储能的构成
飞轮储能系统主要由转子系统、支承系统、电机储能变流器三部分构成。
转子系统是飞轮储能系统中的基本结构，根据构成材料的不同可以分为复合材料和钢制飞轮。
当飞轮转动速度较低时(每分钟约1万转)，一般采用钢制飞轮，能够有效提高转子运行的性和稳定性，目前我国电网储能飞轮产品主要采用钢制飞轮;
当转动速度较高(每分钟10万转)时，采用质量较轻但特性强的复合材料，成本远高于钢制飞轮。
支承系统主要可以分为机械轴承、永磁轴承以及电磁轴承三种，能够支撑转子转动，降低摩擦阻力，是整个装置以小损耗运行。目前我国机械轴承技术逐渐成熟，是当前使用广泛的方式。
飞轮储能系统中有一个内置电机，可以调节充电和放电两种状态，要实现电网调频功能，就需要电机储能变流器。在充电时，将电能转化为机械能，在放电时，将机械能转化为电能，并将频率转化为电网频率，及时将交流电输入到电网系统中，从而实现调频的功能。
此外，真空与冷却也是飞轮储能系统中的重要组成部分。通常情况下，飞轮储能系统的电功率越大，则冷却需求越大，若冷却不足，则会出现飞轮温度过高，从而导致机器的损坏。因此通常会在飞轮壳体上安装散热片，增大散热面积，保障系统的有效运转。
应用场景
根据飞轮储能响应快、大功率、占地小、寿命长等优点，一般被用于不间断电源(UPS)、轨道交通、汽车电池、电网调频、电网调峰等诸多场景。
不间断电源：当电网出现波动、瞬断、间断等问题时，飞轮储能能够瞬间提供应急供电，同时飞轮储能能够连续快速深度充放电，这是电化学储能所不能替代的。
轨道交通：2021年8月，我国兆瓦级飞轮储能装置作为铁路牵引变电站在河北投入使用，当火车进站刹车时产生巨大电能，为飞轮储能系统充电;当火车提速出站时，飞轮在将动能释放给火车。
汽车电池：早期曾出现过完全由飞轮驱动的公共汽车，此外，多款保时捷赛车上也应用过飞轮储能，且在比赛上取得了好成绩，但由于其电池容量低，性价比低的原因，不适用于跑里程的汽车，但其在性能指标、性上都适用于汽车，未来若能提高其能量密度，将发展潜力。
电网调峰调频：由于风电光伏等能源的波动性大，及电网发电和用电不平衡，所以需在电网中加入调峰调频电站，目前我国的储能主要为抽水蓄能，其次是电化学储能，飞轮储能体积小、大功率、等优点，在电网中具有很可观的应用前景，目前国外已有不少机构将飞轮储能接入风力发电系统。
目前飞轮储能还有着诸多难点限制着其发展。飞轮储能的成本较高，需要开发出经济的转子;飞轮储能能量释放时间较短，且能量会在几十个小时内被损耗殆尽;由于飞轮一直处于高速-低速的变化中，产生的应力过大可能会导致撕裂，从而出现问题;等等。