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飞轮储能系统通过将电能转化为机械能进行储能，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，这种储能系统具有很多的优点，例如储能效率高，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。但是与此同时，飞轮储能系统也有一定的缺点，限制了它的发展。 首先飞轮储能的能源密度并不高，一般为0.5MJ/kg，说小不小，说大也不算大，因此飞轮的储能量是有限的，当然合理的设计可以提高飞轮的比能，飞轮的比能与两个因素有关，一是转子的几何形状，二是所用材料的特性。例如德国1.5m，宽0.75m的飞轮，可提供3MW的功率，可储存30%的刹车能。而且飞轮的放电速度是很快的，一般的飞轮可以持续几秒钟到几分钟，不能持续供电。

另一方面，由于轴承的磨损和空气的阻力等的影响，飞轮的自放电率很高，如停止充电，能量在几到几十个小时内就会自行耗尽。例如，几万转高速飞轮系统损耗在100瓦左右，1千瓦时的系统只能维持10小时的自放电。因此在这两点的限制下，飞轮适合高功率、短时间放电或频繁充放电的储能需求，尤其是短时间需要较高电流的，例如电动汽车，火车的刹车能，例如为风能调峰，实验室等场合。

此外由飞轮的工作原理也能看出来的一个问题，那就是安全性，飞轮在储能的时候是进行高速旋转的，一旦出现意外，飞轮脱离了控制，飞了出去，会造成很严重的后果，因此飞轮系统都具有保护装置来防止飞轮高速旋转破裂时保护周围人员和设备。但是飞轮一大重要用途就是汽车上储存刹车时的能量，如果发生交通事故时，这些防护装置恐怕也会受损。