传统能源的日益匮乏和环境日趋恶化，极大地促进了新能源的发展，新能源发电的规模也快速攀升。 但风电、太阳能发电自身所固有的随机性、间歇性特色，必须要有先进的储能技术作支撑。目前主要靠化学电池，但受到化学蓄电池寿命及效率的制约，至今尚不能广泛应用。以上诸多问题，促使人们寻求一种效率高、寿命长、储能多、使用方便，而且无污染的绿色储能装置。出乎意料，古老的“飞轮”变成了首选对象。
“飞轮”这一储能元件，已被人们利用了数千年，从古老的纺车，到工业革命时的蒸汽机，以往主要是利用它的惯性来均衡转速和闯过“死点”，由于它们的工作周期都很短，每旋转一周时间不足一秒钟，在这样短的时间内，飞轮的能耗是可以忽略的。
现在想利用飞轮来均衡周期长达12～24小时的能量，飞轮本身的能耗就变得非常突出了。能耗主要来自轴承摩擦和空气阻力。人们曾通过改变轴承结构，如变滑动轴承为滚动轴承、液体动压轴承、气体动压轴承等来减小轴承摩擦力，通过抽真空的办法来减小空气阻力，轴承摩擦系数已小到10-3。即使如此微小，飞轮所储的能量在一天之内仍有25％被损失，仍不能满足高效储能的要求。再一个问题是常规的飞轮是由钢（或铸铁）制成的，储能有限。例如，欲使一个发电力为100万千瓦的电厂均衡发电，储能轮需用钢材150万吨！另外要完成电能机械能的转换，还需要一套复杂的电力电子装置，因而飞轮储能方法一直未能得到广泛的应用。
飞轮储能技术在很大程度上解决了新能源发电的随机性、稳定性问题，可以实现新能源发电的平滑输出，能有效调节新能源发电引起的电网电压、频率及相位的变革，使大规模风电及太阳能发电方便可靠地并入通例电网。
何谓飞轮储能？
飞轮储能是指利用电动机带动飞轮高速旋转，将电能转化成动能储存起来，在需要的时候再用飞轮带动发电机发电的储能方式。飞轮储能系统主要由转子系统、轴承系统和转换能量系统三个部分构成，另外还有一些支持系统， 如真空、深冷、外壳和控制系统。
飞轮储能装置中有一个内置电机，它既是电动机也是发电机。 在充电时，它作为电动机给飞轮加速； 当放电时，它又作为发电机给外设供电，此时飞轮的转速不断下降； 而当飞轮空闲运转时，整个装置则以最小损耗运行。 这种储能方式对电网调频和电能质量保障有重要的意义。
近年来，飞轮储能技术取得突破性进展是基于下述3项技术的飞速发展： 一是高能永磁及高温超导技术的出现； 二是碳纤维复合材料的问世；三是电力电子技术的飞速发展 。为进一步减少轴承损耗，人们曾梦想去掉轴承，用磁铁将转子悬浮起来，但试验结果是一次次失败。后来被一位英国学者从理论上阐明物体不可能被永磁全悬浮（Earnshaw定理），颇使试验者心灰意冷。出乎意料的是物体全悬浮之梦却在超导技术中得以实现，真像是大自然对探索者的慰藉。
当我们将一块永磁体的一个极对准超导体，并接近超导体时，超导体上便产生了感应电流。该电流产生的磁场刚好与永磁的磁场相反，于是二者便产生了斥力。由于超导体的电阻为零，感生电流强度将维持不变。若永磁体沿垂直方向接近超导体，永磁体将悬空停在自身重量等于斥力的位置上，而且对上下左右的干扰都产生抗力，干扰力消除后仍能回到原来位置，从而形成稳定的磁悬浮。若将下面的超导体换成永磁体，则两永磁体之间在水平方向也产生斥力，故永磁悬浮是不稳定的。利用超导这一特性，我们可以把具有一定质量的飞轮放在永磁体上边，飞轮兼作电机转子。当给电机充电时，飞轮增速储能，变电能为机械能；飞轮降速时放能，变机械能为电能。
由于在实际工作中，飞轮的转速可达40000～500000r/min，一般金属制成的飞轮无法承受这样高的转速，所以飞轮一般都采用碳纤维制成，既轻又强，进一步减少了整个系统的重量，同时，为了减少充放电过程中的能量损耗（主要是摩擦力损耗），电机和飞轮都使用磁轴承，使其悬浮，以减少机械摩擦； 同时将飞轮和电机放置在真空容器中，以减少空气摩擦。 这样飞轮电池的净效率（输入输出）可以达到95%左右。
飞轮储能技术优势
储能电池在生产或是回收过程中通常会存在严重的环境污染问题，就目前的使用情况来说，储能电池必将对人类的生存环境造成极大的伤害。相对于目前市场上的各类储能电池来说，飞轮储能无任何污染（包括电磁污染），它只是将电能转换为高转速的碳纤维飞轮，该机械能在需要的时候，通过发电机转换为需要的电能，不需要时飞轮仍做高速运转，因此，在使用和维护过程中，也不会产生任何化学材料垃圾。
一般的储能电池充放电次数有限，与之相比，飞轮储能具有无可比拟的优势，它可以无数次充放电，使用寿命十分长。除非轮子破坏了无法使用，否则它将一直不停的运转下去，就算机器有损耗，损耗的也只是部分配件，维护成本十分有限。
众所周知，当飞轮以一定角速度旋转时，它就具有一定的动能。飞轮电池正是以其动能转换成电能的。高技术型的飞轮用于储存电能，就很像标准电池。飞轮电池中有一个电机，充电时该电机以电动机形式运转；放电时，电机则以发电机状态运转，在飞轮的带动下对外输出电能，完成机械能（动能）到电能的转换。当飞轮电池输出电的时，飞轮转速逐渐下降，飞轮电他的飞轮是在真空环境下运转的，转速极高（高达200000r/min），使用的轴承为非接触式磁轴承。据称，飞轮电池比能量可达150W·h／kg，比功率达5000-10000W／kg，使用寿命长达25年，可供电动汽车行驶500万公里。
飞轮储能宜采用高强高模碳纤维？
碳纤维复合飞轮储能系统是 利用碳纤维复合飞轮转子的 高速旋转存储或释放能量 , 与传统的金属飞轮及蓄 电池相比 , 具有储能密度高 、使用寿命长等一系列 优点 。 在石油机械中可替代金属飞轮用作游梁式 抽油机节能器中的能量存储部件， 也可用于卫 星等航天器以及电动汽车中替代蓄电池用作能量存 储装置。 在碳纤维复合飞轮储能系统中 , 最重 要的储能部件是碳纤维复合飞轮转子 , 通常希望它 能以尽可能小的质量来存储尽可能多的能量 , 即要 有高的储能密度 , 以 满足现代航天器轻量化的需 求 。 因此如何实现飞轮转子储能密度的最大化 , 是 碳纤维复合飞轮储能系统设计中的重要课题 。
飞轮转子的储能密度是旋转角速度和结构外形的函数 , 若旋转角速度固定 , 那么通过对飞轮转子几何外形的优化 , 将有可能达到飞轮转子储能密度的最大化 。早在2003年李松松等通过对飞轮转子外形和工艺参数进行优化， 采用拉伸模量为455GPa碳 纤维（略低于日本东丽M50J级高模碳纤维475GPa） ，并利用纤维铺设角和层间过盈等参数的遗传优化算法，设计出储能密度高达500Wh/kg 飞轮（文献碳纤维复合飞轮转子储能密度的优化研究 ）。那500Wh/kg储能密度是什么概念？ 按《促进汽车动力电池产业发展行动方案》 中提出，到2020年，新型锂离子动力电池单体比能量要超过300wh／Kg，到2025年，要实现新体系动力电池单体比能量达500 wh／Kg。
由于当时国内还缺少自主研发的国产M50J级高强高模碳纤维，后来在戴兴建等撰写综述文章中《复合材料储能飞轮结构强度技术研究进展》也指出， 受高技术进口限制，拉伸模量超过400GPa的高模量纤维碳纤维在国内无法买到，所以他们采用455GPa碳纤维设计出的储能密度高 达 500Wh/kg 的飞轮在国内无法实现 。目前，宁波材料所已经实现吨级规模国产M50J级高强高模碳纤维稳定化生产，总算是解决了基础研究所需的原材料保障，飞轮储能会否成为国产高强高模碳纤维应用另一关注点？未来将拭目以待，同时也热诚希望能与飞轮储能研究领域相关单位开展联合攻关。