世界经济的快速发展离不开电力,巨大的电力需求消耗了大量的化石能源,造成了能源危机、环境污染、全球气候变化等严重的资源和环境问题。世界各国都在大力发展节能、高效、清洁、低碳的可再生能源发电技术。但是,可再生能源具有波动性和间歇性,近年来,随着可再生能源尤其是风电装机容量的增加,可再生能源发电并网己经成为亟待解决的问题。目前,我国出现了严重的“弃风”、“弃光”问题。储能技术尤其是大规模储能技术是解决可再生能源大规模并网的关键技术之一。在大规模储能技术中,压缩空气储能技术被认为是目前最有前景的储能技术之一。但是,由于压缩空气储能系统中储能密度低等问题严重阻碍了其大规模的开发和应用。本文针对压缩空气储能系统储能密度低的问题,重点研究结合了压缩空气储能技术和二氧化碳物性优点的压缩二氧化碳储能系统,提出了可以提高压缩气体储能系统储能密度的基于地下储气室的压缩二氧化碳储能系统。本文针对压缩二氧化碳储能系统开展了以下几方面的研究工作:(1)分析基于地下储气室的压缩二氧化碳储能系统的热力学特性。建立基于地下储气室的压缩二氧化碳储能系统热力学模型,根据运行过程中工质状态将储能系统划分为跨临界压缩二氧化碳储能系统和超临界压缩二氧化碳储能系统,并建立相应的(火用)分析模型,对两种储能系统进行热力学特性分析。以循环效率、(火用)效率、储能密度和系统结构复杂度等作为储能系统性能的评价指标,比较跨临界压缩二氧化碳储能系统和超临界压缩二氧化碳储能系统的综合性能。分析结果表明,超临界压缩二氧化碳储能系统具有较好的热力学特性和简单的系统配置,适合大规模的开发和利用。(2)采用先进(火用)分析方法,将(火用)损失划分为内部(火用)损失和外部(火用)损失,从系统拓扑结构和部件自身结构角度对超临界压缩二氧化碳储能系统和传统压缩空气储能系统的(火用)损失产生原因进行分析;同时,将(火用)损失划分为可避免(火用)损失和不可避免(火用)损失,对超临界压缩二氧化碳储能系统和传统压缩空气储能系统的节能潜力进行分析。分析结果表明:超临界压缩二氧化碳储能系统的(火用)损失主要是由系统部件自身结构和系统拓扑结构两种因素决定,传统压缩空气储能系统的(火用)损失主要是由部件自身结构因素决定;对于超临界压缩二氧化碳储能系统,通过完善系统拓扑结构,优化系统集成方式可以有效的减小系统的(火用)损失提高(火用)效率;对于传统压缩空气储能系统,在优化工作中应将重点放在提高系统部件自身性能上。(3)采用(火用)成本分析方法对超临界压缩二氧化碳储能系统的热经性进行分析,根据超临界压缩二氧化碳储能系统的运行特性,提出了采用电能(火用)成本比例系数、电能(火用)损失成本比例系数作为储能系统热力学特性评价指标的改进(火用)成本分析方法。分析结果表明,在超临界压缩二氧化碳储能系统中,输入的电能经过系统的存储和释放后,电能的(火用)成本会有一定的提高;储能过程中的(火用)损失全部来源于电能,释能过程中的回热器和加热器中的(火用)损失全部来自于热量(火用),在膨胀透平中热量(火用)损失所占比例大于电能(火用)损失;输入电能和燃料成本的变化对储能系统内单纯的电能(火用)流和热能(火用)流的(火用)流成本比例系数没有影响,同时对电能(火用)损失成本比例系数也没有影响。(4)对影响超临界压缩二氧化碳储能系统热力学特性和经济性的因素进行显著性分析,采用正交设计和方差分析方法,分析影响超临界压缩二氧化碳储能系统(火用)效率和热经济性的主要因素和因素之间的交互作用,找到显著性影响因素。分析结果表明:虽然,系统部件间的交互作用会对储能系统的热力学特性和热经济性产生影响,但是,影响整个储能系统热力学特性和热经济性的显著性因素还是系统部件的自身特性等因素。