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飞轮储能（简称FES）系统是一种将电能转化为机械能储存的储能系统，利用电动机带动飞轮高速旋转，在需要的时候再用飞轮带动发电机发电的储能方式。 飞轮储能的原理在于，通过加速飞轮至极高速度，将能量以旋转动能的形式储存于系统中而向系统中贮存能量时，飞轮的旋转速度则会相应地升高；而释放能量时，根据能量守恒原理，飞轮的旋转速度会降低。

目前飞轮系统主要在两个领域应用比较多，首先自然是储存电能，可以用于电网储能，用来提供不间断电源，帮助风力涡轮机储能，也多用于实验室储能。储存电能时的原理很简单，电能驱动电机运行，电机带动飞轮加速转动，飞轮以动能的形式把能量储存起来，从而将电能储存为高速旋转的飞轮的机械能。之后，电机维持一个恒定的转速，直到接收到一个能量释放的控制信号。释能时，高速旋转的飞轮拖动电机发电，经电力转换器输出适用于负载的电流与电压，完成机械能到电能转换的释放能量过程。整个飞轮储能系统实现了电能的输入、储存和输出过程。

另一个应用的领域则是交通，主要用于铁路，赛车或是电动汽车上，储存的主要是这些交通工具刹车时的能量，原理比较相似，简单来说就是：在踩刹车时，飞轮会与发动机隔离并保持旋转。由于飞轮具有较大的惯性矩，因此需要大量的扭矩才能使其停止转动，因此需要将飞轮与所有力隔离开来，（使用高润滑轴承或磁轴承悬浮也可以使飞轮旋转的中心的摩擦减小）这样刹车时的能量就被储存在旋转的飞轮中了，刹车结束重新启动时，速度较快的飞轮带动电机发电，向驱动电机供电，完成机械能向电能转化，在这个过程中飞轮转速会不断下降。

因此也可以看出飞轮储能技术的优点，储能效率高，维护成本较低，稳定性好，可以多次充放电，而且响应速度很快，因此可以适用于很多短时间内需要很高的电流的场合。