飛輪儲能電力系統使用飛輪進行儲能（見飛輪儲能），可以是一個相對較小的儲能設施，峰值功率可達20兆瓦。它通常用于在一定程度上穩定電網，幫助它們保持在電網頻率上，并用作短期補償存儲。與普通儲能電站（例如容量高達1000MW的抽水蓄能電站）不同，飛輪儲能電站的優勢可以通過幾千瓦到幾十兆瓦的設施獲得。在此應用中，它們可與電池存儲發電廠相媲美。可能的應用領域是可以獲取和存儲電能的地方，并且必須再次供應電能以補償例如風能或太陽能在秒范圍內的波動。這些存儲設施由模塊化設計的單個飛輪組成。每個飛輪可以吸收或釋放高達150kW的能量。通過將幾個這樣的飛輪蓄能器組合起來，這些飛輪蓄能器分別安裝在地下真空罐中，總功率可以達到幾十兆瓦。電氣連接通過直流中間電路為低壓電機供電，功率轉換器系統與高壓直流輸電應用中使用的設備相當。有時，為了節省電池電量，電池儲能電站會配備飛輪儲能系統。飛輪可以更好地處理快速波動。

在車輛中，小型動力飛輪存儲用作帶有電池的附加機構，以通過再生存儲制動能量。電力可以在短期內儲存起來，然后以非常大的電流釋放回車輛的加速階段。這可以節省電池電量。

事實證明，飛輪存儲在有軌電車中很有用。在制動過程中（例如到達車站時），由于系統過載的潛在危險，會發現無法始終反饋到電網的高能量峰值。飛輪儲能電站位于軌道一側的集裝箱中，并吸收多余的電能。例如，在茨維考，每個制動系統每年可回收高達200MWh的能量。

在紐約斯蒂芬敦，BeaconPower在一個飛輪儲能發電廠中運營，該發電廠擁有200個飛輪，容量為25kWh，功率為100kW。結合在一起，這提供了5MWh的容量和20MW的功率。這些裝置以15,000rpm的峰值速度運行。轉子飛輪由填充有樹脂的纏繞CFRP纖維組成。該安裝主要用于頻率控制。這項服務出售給紐約電網。StadtwerkeMünchen（SWM，慕尼黑，德國）使用飛輪儲能系統來穩定電網，控制能源并補償可再生能源的偏差。該工廠源自于利希StorneticGmbH。該系統由28個飛輪組成，容量為100kWh，容量為600千伏安(kVA)。飛輪以45,000rpm的峰值速度旋轉。在加拿大安大略省，TemporalPowerLtd.自2014年以來一直在運營一個飛輪儲能發電廠。它由10個鋼制飛輪組成。每個飛輪重4噸，高2.5米。最高轉速為11,500rpm。xxx功率為2兆瓦。該系統用于頻率調節。經過三年的成功試用期后，該系統將擴大到20兆瓦和100兆瓦。

加利福尼亞州的弗雷斯諾市正在運行由AmberKinetics建造的飛輪儲能發電廠，用于儲存白天產生的過量太陽能，供夜間消耗。

阿魯巴島上目前有一座由TemporalPowerLtd建造的5兆瓦飛輪儲能發電廠。該島打算到2020年將其能源供應轉換為xxx的可再生能源。

現在（自2013年以來）可以構建一個飛輪儲能系統，該系統每天僅損失5%的存儲能量（即自放電率）。