Diese Arbeit beschäftigt sich mit der energetischen Bewertung und Auslegung eines Schwungradspeichersystems (FESS). Zuerst wird eine quantitative Bewertung der energetischen Performance der mit Schwungrädern ausgerüsteten Systeme gegeben. Zwei Systeme wurden hierfür ausgewählt: Eine 5 kWp (kWp: Spitzenleistung) Haushalts-PV-Anlage mit einem 3 kWh-Schwungrad zur Speicherung der am Tag überschüssigen erzeugten Energie und ein Straßenbahnsystem mit einem 1,5 kWh-Onboard-Schwungrad, welches zurückgewonnene Bremsenergie speichert. Das Energiesparpotential der Systeme wird auf Grundlage der vorhandenen Profilkurven und des modellierten FESS unter Berücksichtigung verschiedener Verlustgruppen berechnet. Die Ergebnisse zeigen eine Energieeinsparung durch den Einsatz von Schwungrädern für beide Systeme: 15,1 % für die PV-Anlage und 20,9 % für das Straßenbahnsystem. Jedoch ist die Energie-effizienz durch den Einsatz des Schwungrads in der PV-Anlage nur 40 % und damit deutlich geringer als 75,5 % bei der Straßenbahn. Der Hauptgrund ist, dass die hohe Selbstentladung aufgrund von internen Verlusten in FESS (7,7 % der maximalen gespeicherten Energie pro Stunde) einen beträchtlichen Energieverlust für den Langzeit-Leerlaufbetrieb (für einige Stunden) des Schwungrads zwischen Laden und Entladen in der PV-Anlage verursacht. Der Lade-/Entladezyklus im Straßenbahnsystem ist zum Vergleich viel kürzer (ca. 1 min), so dass die Selbstentladung weniger in das Gewicht fällt. Dies führt zu einer höheren Energie-Effizienz des Schwungrads von 75,5 %. Der zweite Teil dieser Arbeit befasst sich mit dem Entwurf und Bau eines Prototyps eines Schwungrads, um die energetische Bewertung und die Implementierung von Hochgeschwindigkeitstechnologien zu verifizieren. Der Demonstrator hat ein Energiespeichervermögen von 0,5 kWh bei maximaler Betriebsdrehzahl von 24000 min-1; die Nennleistung beträgt 35 kVA. Diese Arbeit stellt die Entwurfsmethodik für die Schlüsselkomponenten des Schwung-rads vor. Für den Schwungradrotor ist ein Rotorkörper mit konstanter Dicke mit einem Trägheitsmoment von 0,57 kg⋅m2 entworfen worden. Die mechanischen Probleme bezüglich der Belastung durch die Zentrifugalkraft werden analysiert und die mechanischen Spannungen berechnet. Konstruktionsthemen wie Auswuchtung und die Rotorhärtung werden ebenfalls diskutiert. Als Energiewandlungskomponente wird eine 4-polige permanentmagneterregte Synchronmaschine entworfen. Geringste Verluste im Rotor sind aufgrund der geringen Rotorkühlung im Vakuum erforderlich. Daher sind die oberflächenmontierten Magnete segmentiert, so dass die Wirbelstromverluste auf 28,4 W (ca. 0,1 % der Nennleistung) reduziert werden können. Die berechneten Wirkungsgrade bei zwei definierten Betriebspunkten liegen beide über 96 %. Basierend auf dem konstruierten Rotor und der PM-Maschine werden Magnetlager ausgewählt und das Gehäuse mit Kühlmantel ausgelegt. Die Komponenten werden zusammengesetzt und ein komplettes System wird aufgebaut, das sowohl durch ein 3D-CAD Programm als auch durch einen Prototyp validiert wird. Die Hauptprobleme bezüglich der Komponentenbearbeitung und der Montagearbeit werden vorgestellt. Aus Sicherheitsgründen wurden zwei Außengehäuse als Vakuum- und auch als Berstschutz-Gehäuse im Fall eines Rotorbruchs ausgelegt. Die Verlustanalyse wird für die PM-Maschine, die Magnetlager und auch die Luftreibung des Rotors durchgeführt. Ein Parameter-Netzwerk des Systems wird für die thermische Analyse entworfen. Um die Wärmeabstrahlung des Rotors zu verbessern, ist dieser schwarz lackiert. Der berechnete Temperaturanstieg am schwarz lackierten Rotor beträgt ca. 87.4 K für den Dauerbetrieb und 73.0 K für den Betrieb mit der angenommenen Einschaltdauer für einen Zyklus. In Bezug zur Temperaturgrenze von 141 °C für die C-Faser-Bandage des E-Maschinenrotors kann das System durch den geplanten Arbeitszyklus mit einer thermischen Toleranz von 28 K betrieben werden und ist somit für einen Dauerbetrieb geeignet. Das Design des Schwungrad-Prototyps wird durch FEM-Berechnungen und den Prototypenbau validiert. Es wurden Messungen am Prototyp durchgeführt, um die Performance zu überprüfen, einschließlich Schleudertest des Rotors und Schwebetest. Am Ende der Arbeit wird eine konzeptionelle Konstruktion einer Hochleistungsmaschine für 150 kW als ein Ausblick für die Anwendung des Schwungrades in Straßenbahnsystemen vorgestellt. Darüber hinaus wird ein Rotordesignbeispiel mit kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff vorgeschlagen, mit dem eine höhere Energiedichte erreicht werden soll. Ebenfalls erfolgt ein Ausblick für weitere zukünftige strukturelle Optimierungen.