长久以来，传统火力发电是我国电力生产的最主要形式和中坚力量。在“碳达峰”、“碳中和”目标的驱动下，可再生能源的应用规模与比例已出现大幅提升，并且将以更快的速度增长。然而，大部分的可再生能源具有间歇性、随机性和波动性的特点，如风能、太阳能等，因此必须借助大规模、多形式的储能系统为可再生能源的规模化应用提供支撑。

现有的储能技术种类繁多，功能、性能各有所长，应用场景各有不同。压缩空气储能技术与抽水蓄能技术是储能领域适合长时存储与大规模充放能量的储能技术。这两种技术的工程实施都对地理环境有较高的要求，不易与小微型分布式能源系统形成较好的耦合；除此之外，储能密度低，储能设施庞大也是该类系统的不足之处。

CO₂临界温度高，易液化，将其代替空气作为压缩气体储能系统的储能工质，可在一定程度上提高储能密度；同时，压缩CO₂储能系统的工程实施对地理环境的要求不高，适合与分布式能源系统相结合；不仅如此，利用压缩CO₂储能系统还可促进捕集碳的再利用，是一种可行的CO₂封存方式。但传统的压缩CO₂储能系统仍然存在一些不足，大多数CO₂储能系统中，都需要加入储热单元以此增加储能密度，提高系统效率，在储热和放热中因传热导致的㶲损失无法避免，应寻找降低㶲损失的办法；同时，由于低压侧CO₂无法像压缩空气一样直接排入大气，因此需要建造相当多的储罐对其进行储存，这使得低压侧CO₂储罐体积庞大，最终导致系统储能密度低，系统建设成本高；虽然有学者提出了地下储库（硬岩穴、盐穴、废弃煤矿井、咸水层、海下等）储气方案，但这些方案需要依赖特殊的地理环境，问题并没获得合适的解决。

针对以往压缩CO₂储能系统的一些不足之处，本研究提出了新的解决方案。对于常规相变储热方案中相变储热材料封装方式生产工序多、成本高的问题，提出了基于冲压加工的相变储热材料封装方案；结果表明，提出的相变储热胶囊封装方案具备良好的密封性能与抗压性能，其制作方式极为简易，生产成本很低，非常适合在工程中大规模应用。对于储能系统在换热元件部分㶲损失严重的问题，提出了利用相变潜热提高压缩CO₂储能系统换热效率的新型换热模式；结果表明，在一定温度范围内，采用混合相变工质可有效减少换热系统熵产速率，提高换热性能，减少低品位热能的浪费。对于低压侧CO₂储罐体积庞大，导致系统储能密度低，建设成本高的问题，提出了基于化学吸收法的高密度，低成本的新型低压侧储气方案，并通过系统模型构建、理论推导、程序编写等理论分析方法，对新型压缩CO₂储能系统运行性能进行了研究；结果表明，提出的基于化学吸收方法的新型压缩CO2储能系统，具有很高的储能密度，比一般同类系统高出6-10倍，在计算范围内，最大储能密度可达19.97 kWh/m³，最大往返效率为0.66。