飞轮储能是一种源于航天领域的物理储能技术，是指利用电能驱动飞轮高速旋转，将电能转换为机械能，在需要的时候通过飞轮惯性拖动电机发电，将储存的机械能变为电能输出的一种储能方式。加减速的实现是靠电机驱动的。
飞轮储能具备以下优势：
劣势在于：
飞轮调频电站，比电化学的调频电站建设时间还早一些。飞轮储能作为一种储能设备，有别于一般的能量型储能设备，是功率型储能设备，可以用于功率的短时支撑。
飞轮储能是集各领域先进技术集一身的集成创新技术，包括数学建模、材料学、机械设计、机械加工、土建工程、电磁学、电力电子、控制理论与控制算法、通讯等学科的综合运用。
大多数飞轮储能的企业处于技术研发或小试、中试阶段，离形成较为稳定的行业技术路线和成熟的产品尚需时日。
关键部件，例如飞轮转子、磁悬浮轴承、电机等，都是可以国产化的。
飞轮储能技术早期应用于特殊场合的UPS（不间断电源），后又移步到轨道交通的制动能回收。目前飞轮储能设备主要的应用市场包括轨道交通动力回收和电网调频，其中电网调频的装机比例超过了80%。
飞轮储能技术的优势是快充快放，连续充放电，深度充放电。不间断电源（UPS）难以发挥飞轮储能这个优势。轨道交通的制动能回收也不能充分发挥。整个场景最大的需求就是电网的调频，即响应调度中心的充放电指令，平抑电网的有功功率波动。
在传统电力系统中，电网的频率波动仅来源于电力用户的非计划性用电行为，依赖水电机组、火电机组的调节，即可保证电网的稳定。且电力负荷的增加，大多数依靠新增更多的火电机组和水电机组，电网的快速调节能力可以同步增加。
新能源发电不但自身难以具备与水电机组、火电机组同等的调节能力，还因新能源发电的天然波动给电网增加了新的波动性。传统发电机组难以承受这样的波动，这就需要储能装备协助传统发电机组，共同承担稳定电网的责任。
目前飞轮储能设备主要的应用市场包括轨道交通动力回收和电网调频，其中电网调频的装机比例超过了80%。在电力系统中飞轮储能最适合的场景是一次调频，该领域需求爆发始于去年。随着大规模新能源并网，整个电网频率的波动越来越大，迫切需要飞轮储能这种短时高频的储能技术支持。
在电网侧，以飞轮储能独立调频电站为主，在发电侧，则是以联合调频为主。从电力系统的角度看，飞轮储能独立调频电站可以实现在波动源的就地调节，可能是更优的选择。
新型的电力市场构建以后，电网功率波动的抑制和补偿，往往需要飞轮储能这样的设备来实现，这种功率服务的需求占到了全网功率的1%-3%，市场规模可观。相关机构预测仅2026年前飞轮储能的装机容量将激增达到88.9MW。
飞轮储能除了在电力系统应用外，还有很多其他应用领域，比如，用在不间断电源保障、电能质量治理、国防、能量回收等很多领域。
发改委、能源局《加快推动新型储能发展的指导意见》、国家能源局发改委《十四五新型储能发展实施方案》等文件，明确支持飞轮储能的产业化发展。
2020年9月7日，国家能源局华中区域两个细则印发： 并网发电机组（含30MW及以上的风电场、30MW及以上集 中式光伏电站）必须具备一次调频功能。
飞轮储能技术在国外，特别是北美，早在上世纪五六十年代就开始探索了。诞生了需求相对刚性，盈利模型较为清晰的商业应用场景，即电网调频应用，形成了稳定而成熟的技术与产品，并经受住了商业运行的考验，出现了飞轮储能行业的头部企业。加拿大的Temporal Power公司的各类型研发投入总计高达3500万加元。美国的Beacon Power公司各类型研发投入更是高达2.5亿美元。这两家企业的共同技术特点就是为电网调频商业应用而研发设计制造的。
我国自主研发飞轮储能技术已有几十年的历史，主要以各高校理论研究为主。目前国内有近十家飞轮储能厂商进行飞轮储能设备的研发，已经部署的工程应用还不多。2022年飞轮储能渐渐升温，在出现一个具有标杆示范性的飞轮储能项目并网运行之前，整个行业都会处于摸索前行状态。
飞轮储能设备是以精密制造为基础的、多学科融合的机电一体化设备，其主要的瓶颈在于高质量和稳定性的规模化生产能力，目前国内大部分飞轮产生技术/产品还处于样机试制阶段，离规模化生产仍有较大的距离。
另外，飞轮储能是针对性比较强的技术，发挥其优势需要一些应用场景支撑。
从全球看，电网侧飞轮储能应用在调频领域应用是成熟的，2011年第一个商用飞轮储能调频电站并网运行至今，已经有十年以上应用，至今仍在运行。加拿大的第一个商用飞轮储能调频电站在2014年并网，至今也在为当地电网提供调频辅助服务。
2019年，北美知名的基础设施投资商业咨询公司，Power Advisory 公司，对该项目进行了详细的案例分析，发表了《2 MW Minto Flywheel Facility Market Impact Case Study》。
但商用飞轮储能调频电站没有大规模建设，和北美的能源消费结构和电网特点有关。北美的火电以燃气机组为主，燃气机组的调节能力大约相当于燃煤机组的六倍。北美电网以区域性的小电网为主，飞轮储能调频电站的调频能力过强，在小电网中难以发挥其优异的调节作用。
根据《2022 储能产业应用研究报告》，目前 2021 年全球储能市场装机功率 205.3GW，飞轮储能占比仅为 0.47%，仍处于非主流的一种储能方式。 2022 年 3 月， 国家发改委、国家能源局发布关于印发《十四五新型储能发展实施方案》，提出要重点建设飞轮储能技术试点示范项目，到 2025 年兆瓦级飞轮储能等机械储能技术逐步成熟。国内已有部分飞轮储能项目获批或在建。
飞轮储能设备的技术难度主要集中在飞轮设计及材料、磁轴承、功率电子电路和安全性能上。同时，在单点技术突破后，根据不同的应用场景打造不同的产品体系也拥有较高的工程难度。
主要挑战是在电力辅助服务市场的政策上。近期陆续出台的政策，明显弱化了电力辅助服务市场的市场性，设置了一些非必要的规则，显著削弱了的市场的竞争性，甚至还有同网不同价的规则设置。这无疑是对新型储能独立参与调频辅助服务市场的阻碍。
具体来讲，对于电力辅助服务市场发展的的现阶段，监管或政策制定部门也处于一个探索阶段。例如，近期南方某省份发布的调频细则，规定了独立储能调频电站参与电网调频的辅助服务市场须具备1小时的放电时长。这项规定有助于约束电化学电池在调频应用上充放电深度，进而提高电化学调频电站的安全性。但却忽略其他新型储能技术的特点，如飞轮储能技术具备深度充放、快充快放、连续充放电的能力，这项规定对于飞轮储能调频电站未必适用。
主要企业有贝肯新能源、华驰动能、泓慧新能源、沈阳微控、奇峰聚能、坎德拉新能源等企业。
贝肯新能源公司成立于2017年12月，面向电力市场，研发、生产先进的大容量功率型飞轮储能装备，为电力系统调频提供优质的快速调节解决方案。2018年收购了加拿大的Temporal Power，这是全球唯二的电网调频应用案例的飞轮制造企业之一，并在2019年与全球唯二的电网调频应用案例的另一家飞轮制造企业Beacon Power开展独家合作。
产品是以2.5MW为一个飞轮调频单元阵列对外销售。每个调频单元阵列中由10个飞轮和1个驱动与控制系统构成。这样设计的优点是可以提高在线率，或称投运率，提高响应电网调度指令的速度与精度，难点是飞轮阵列控制技术。
还有专利液冷技术。在电机驱动飞轮转子加减速时，有较大的电流流过电机绕组。电机绕组的自身电阻会造成发热。这些热在短时间内，并不会对飞轮产生什么影响，但是连续加减速运行的工况下，热量会累积。由于飞轮内部是真空状态，这些热量难以全部通过热辐射的形式散发，所以需要有强制性的冷却措施。
基本商业模式是对外输出飞轮储能调频电站的项目开发、设计集成、产品供货、电站建设以及运营维护的能力，帮助客户在电网辅助服务市场中获得收益。从产品销售、运营维护、项目溢价等多方面获得商业利益。
国家光伏、储能实证实验平台(大庆基地)，已交付。山西鼎轮30MW飞轮独立储能调频电站，正在建设中。
国家能源局公布了2021年度能源领域首台（套）重大技术装备项目名单，包括75个技术装备项目，其中储能领域涉及8个技术装备项目，沈阳微控与三峡集团、中核集团共同研制的适用于新能源电站惯量和调频支撑的兆瓦级飞轮储能系统入选，依托项目为龙源电力山西右玉老千山风电场一次调频项目以及三峡新能源乌兰察布新型储能技术验证平台项目。其中，老千山项目已于2020年6月完成并网验收，乌兰察布项目正在配合业主方进行各类储能技术实证。
该系统是此次首台（套）项目清单中唯一应用于新能源调频的重大技术装备，这两个项目也是目前国内唯一完成35kV并网实验的兆瓦级飞轮储能项目、国内唯一飞轮与其他储能技术联合的混合储能调频项目。在构建以新能源为主体的新型电力系统背景下，对解决新能源一次调频/惯量响应等暂态频率主动支撑问题具有现实意义，为功率型+容量型混合储能技术大规模部署提供了理论基础和实际经验，对储能产业多元化发展具有借鉴作用。
飞轮储能原理看似简单，其实技术很复杂。发挥飞轮储能技术优势，是一件困难的事情，这也是国内企业这么多年还处于原型机样机调试阶段的原因。如果飞轮储能技术完全依靠自主研发，时间周期长。所以，沈阳微控选择并购美国公司，通过技术引进、消化、吸收、再创新路径，把欧美较为成熟的技术应用到国内市场，使国内飞轮储能产业实现弯道超车。
今年初沈阳微控牵头编制完成了团体标准《飞轮储能系统电网接入测试规范》，规范了飞轮储能系统在电网中应用时的接入测试条件，填补了飞轮储能测试规范领域的标准空白。针对接入电网并网运行的飞轮储能系统，目前还没有相应的测试标准，导致在现场测试及验收时，负责入网检测的单位不知道该如何测试，也不知道达到什么标准才是合格的。缺少并网测试标准，对飞轮储能的推广应用非常不利：一方面可能因为不知道如何测试验收而影响飞轮储能系统并网；另一方面因为测试项目不全、测试方法不当导致系统存在隐患，即使可以并网运行，也可能影响电网的安全运行。
虽然已经部署兆瓦级的示范系统，但还缺乏已并网的规模化部署项目。今年底，将实现10兆瓦以上级别飞轮储能的规模化部署应用。
飞轮储能技术是典型的短时高频储能技术，沈阳微控作为我国飞轮储能技术的龙头企业，未来的研发方向和计划首先是完成十兆瓦、乃至百兆瓦级别飞轮储能系统的规模化部署应用，验证飞轮储能技术应用于新型电力系统调频的价值，其次是持续进行产品迭代升级、产能扩充，以满足国内即将爆发的应用需求。沈阳微控承担了多项省部级重大科技项目，目标是研制更高转速、更高功率密度、更低损耗、更长寿命的高速磁悬浮飞轮系统，目前课题研究进展顺利，部分课题将于今年末结题。
微控的核心技术是主动磁悬浮轴承和高速永磁电机等，围绕这些核心技术也将拓展其他的产品类型。
奇峰聚能成立于2009年，是国内领先的集飞轮储能技术研究、产品开发、生产、销售及服务于一体的高科技公司。奇峰聚能在飞轮储能领域布局了大量专利，包括磁轴承、转子、控制系统和电机等，并已经推出了多款多系列不同功率的飞轮储能产品。
奇峰聚能于8月中标了华能莱芜发电有限公司飞轮储能联合调频项目，做百万火电机组的一次调频。这是国内飞轮储能商业化的里程碑。
奇峰曾主持过科技部863项目推动飞轮储能国产化，及主持过工信部飞轮储能在大型船舶的应用项目（后应用于大型船舶的电磁弹射）。
产品方面，奇峰聚能目前推出了秒级额定功率200kW和600kW的飞轮储能设备，以及分钟级额定功率600kW的飞轮储能设备。据介绍，秒级600kW设备储能量为5kWh，主要应用在轨道交通能量回收场景，通过两台设备组合，可以实现高效的轨道交通列车的刹车能量回收。以往轨道交通列车的能量回收采用的是能馈系统，刹车能量的直流电转为交流电后，用于公共区域的照明等，但这种场景的用电量很少。搭载飞轮储能系统后，可以将刹车回收的直流电能再以直流形式输出至轨道列车的动力系统，实现最大化的节能减排。
目前，奇峰聚能已经与深圳地铁实现项目合作，通过在地铁列车上搭载飞轮储能设备，实现了地铁系统18%的节能率，预计一条地铁线路每年可节约用电约1300万度以上。
分钟级额定功率600kW的飞轮储能设备则主要用于电源侧调频场景。据了解，相关储能系统已经搭载在华能集团某火力电站项目中，有效改善了机组整体一次调频性能，提高电网对新能源的消纳能力。
目前市场上同类型的飞轮储能设备供应商较少，国外设备厂商的产品也更多集中在小型飞轮储能设备上，在中大型产品领域奇峰聚能有着很强自信。
参考资料：
专访贝肯新能源董助王欣：主打电网侧飞轮储能应用
飞轮储能到了爆发前夜
https://m.36kr.com/p/1894002505487109?channel=wechat
布局高速磁轴承、新材料飞轮转子等多领域专利，「奇峰聚能」打造高效能飞轮储能系统-36氪 (36kr.com)
20220703-国信证券-环保与公用事业行业2022年中期投资策略：电力现货市场推动价格发现，抽水蓄能和独立储能迎发展良机
