超临界压缩空气储能是最具发展潜力的大规模储能技术之一,在超临界压缩空气储能系统中,蓄冷子系统冷?的损失极大地影响系统效率。为减小冷?损失,提高储释能过程中超临界空气与间接储热换热介质之间能量传递效率,提出了分级蓄冷子系统模型。分级蓄冷子系统采用多股流板翅式换热器使超临界空气与两级低压循环氮气换热,通过深冷填充床储存深冷至常温之间的冷能,通过中冷填充床储存深冷至中间温度之间的冷能。分级蓄冷系统具有蓄冷效率高,成本低廉和安全性高的特点。为探究储/释冷循环对岩石深冷储能材料性能的影响,建立了储/释冷循环实验台,研究了千次储/释冷循环对大理石、花岗岩、石灰岩和玄武岩四种岩石的热物性和强度的影响。结果表明,在储/释循环前后,大理石、玄武岩和石灰岩的外观不会发生明显变化,而花岗岩会存在少量的裂纹和脱落。循环储/释冷千次对岩石的密度、导热系数和比热均无明显的影响。大理石和玄武岩的抗压强度随着循环次数的增加而基本不变;花岗岩和石灰岩的抗压强度随着循环次数的增加而有较大的提高,进而给出了在深冷区间内四种岩石材料的导热系数和比热随温度变化的关系式。本文详述了分级蓄冷超临界压缩空气储能系统的设计过程,设计了稳态换热器和填充床。并且在合理简化的基础之上,建立了分级蓄冷系统非稳态数值计算模型,研究了连续循环条件下的进出口非稳态温度,温度分布,储?量和系统?效率的变化规律。探究了不同显热蓄冷材料、换热器长度以及填充床容积对蓄冷系统性能的影响。结果表明,在多循环储/释能之后,分级蓄冷系统性能稳定,系统效率可达87.4%。对比分析大理石、花岗岩、石灰岩和玄武岩对分级蓄冷系统蓄冷效果的影响可知,使用石灰岩时具有最优的蓄冷密度和效率。换热器的换热面积和填充床容积的增加,会提高蓄冷系统性能。本文的研究可为超临界压缩空气储能系统性能的发展提供新的理论及实验数据支撑,以及为其他蓄冷蓄热领域的研究提供参考。