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本发明提供了一种压缩气体储能的能量梯级利用系统,包括若干第一压缩机、若干换热器组、第二压缩机、储气罐、高温储能模块和低温回水模块,若干所述第一压缩机通过管路依次连接,所述第二压缩机一端与最后一个第一压缩机连接,另一端与储气罐连接。本发明通过使用第一压缩机、第二压缩机、换热器组、高温储能模块和低温回水模块,在不使用冷却塔的情况下,使用梯级冷却的方法,即压缩机后面设置两段冷却,高温段用冷罐中储热介质冷却,高温段热量由冷罐中的循环储热介质带入储热罐,循环利用,低温段使用外部水源冷却,通过控制外部水源的温度,可以进一步降低压缩机出口气体温度,不仅可以降低压缩机功耗,而且可以降低储气罐容积,降低成本。