飞轮储能技术应用于风力发电系统在风力发电过程中由于其不稳定性使得系统产生的电压、频率随时间不断变化，这就需要风力发电系统中引入一个既可以在能量过剩时吸收存储多余的能量，又能在能量不足时快速为系统补充能量以稳定系统电力输出的装置。
目前一般使用蓄电池或柴油机来稳定系统的电力输出，但是这两种方式都存在着一定的弊端，比如瞬间启动时蓄电池不能马上为系统提供足够的功率，且蓄电池本身也存在着对环境的污染问题，然而柴油机组存在着必须启动30min后才能停机的特殊要求，对于时大时小的风能来说就存在着系统电能过剩问题且频繁的启停影响柴油机的寿命。
飞轮储能技术应用于不间断电源(UPS)。不间断电源可以提供不间断供电、确保供电质量，这些优点使其在医院、金融机构、国防指挥中心、大型数据中心、政府重要部门以及大型生产企业等地方被广泛应用。传统的不间断电源使用的是价格低廉、技术相对比较成熟的化学蓄电池作为储能单元，但是其使用寿命短、充电时间长、对工作环境有特定要求、对环境还有污染。由于飞轮储能具有充电时间短、反应速度快、储能密度大、对工作环境无特定要求、对环境友好等特点，使其成为替代化学电池应用于不间断电源的理想选择。
美国的ActivePower公司致力于使用飞轮储能替代化学蓄电池储能的全新不间断电源系统的研究，该公司研制的飞轮不间断电源可以提供最长维持时间为几分钟的持续供电，并且系统效率高达98%。加拿大矿物与能源研究中心开发的用于不间断电源的飞轮电池，其功率为1．5kW，质量65kg，转速15000～45000r/min，可存储1.1kWh的能量。
应用于航空航天领域。美国的马里兰大学已开发出用于航天器姿态控制的飞轮储能系统。美国太空总署也已经做过太空运行试验并已在空间站安装48个飞轮电池，可以提供超150kW的能量。应用于轨道交通中。在列车制动时将能量回收存储到高速旋转的飞轮中，当列车牵引时将回收的能量再回馈给列车使回收的能量得以有效利用，这样就可以极大地提高系统节能的效果。西门子公司研制的功率为3MW的飞轮储能系统，可以回收30%的制动能量。