能源和环境的可持续发展是国民经济发展的基础,而解决电力行业中的能源环境问题是保证我国经济可持续发展的重要组成部分。电力储能是调整我国能源结构、大规模发展可再生能源、提高能源安全的关键技术之一,所以大规模储能技术的研究具有重要理论和实践价值。本文依托于国家自然科学基金项目、中国科学院重要方向性项目等重要科研项目,以新型超临界压缩空气储能系统、先进绝热压缩空气储能系统(AA-CAES)等为研究对象,从系统集成、热力性能分析、多系统比较等方面开展深入研究,试图寻求能够满足高效、高储能密度和环保要求的大规模储能技术。针对传统压缩空气储能(CAES)依赖化石燃料、储能到释能过程压力损失大的缺陷,开展了储气室压力恒定的AA-CAES的热力性能研究。构建了定压运行的AA-CAES系统热力学模型,分析了系统效率与换热器效能、压缩机总压比、级数和压比分配之间的关联关系,利用MATLAB软件对系统进行了数值模拟,揭示系统效率随压缩机总压比、级数、换热器效能的变化规律,并对系统各级压比分配进行了优化。针对传统CAES依赖大型储气室和化石燃料等应用瓶颈,开展了超临界压缩空气储能系统的热力性能研究,利用Aspen Plus软件构建了系统模型,揭示了储能压力、释能压力、关键设备效率、换热温差和压损等参数对系统性能的影响规律,找出对系统性能影响的关键设备和关键参数。为了提高超临界压缩空气储能系统的热力性能,针对系统中的节流阀液化装置进行了改进,将节流液化装置升级为膨胀液化装置,以及节流和膨胀联合液化装置,改进系统的效率较原系统有较大幅度的提高。利用Aspen Plus软件构建了改进超临界压缩空气储能系统模型,揭示了关键参数对系统性能的影响规律。为了更加明确各种压缩空气储能系统特征,开展了原有超临界压缩空气储能、改进超临界压缩空气储能、AA-CAES和传统CAES之间比较研究。从系统效率、储能密度和系统流程特点等方面进行了全面比较,总结出各系统的优缺点。