近年来,清洁可再生能源快速发展,全球清洁能源总装机量逐年增加,但此类能源具有分布分散、间歇性、不稳定和可控性差等特点,因此需要大规模储能技术。除抽水蓄能之外,压缩空气储能是另外一种可以达到规模化储能的技术。由于自然界中地下含水层分布广泛,因此含水层压缩空气储能(Compressedairenergystorageinaquifers,CAESA)成为一种具有较大潜力的储能技术。使用含水层压缩空气储能技术可以减少清洁能源的弃风弃光率,有助于提高清洁能源利用率,本研究成果对压缩空气储能技术的实际工程应用具有重要的理论和实际意义。以美国1981年开展的Pittsfield含水层压缩空气储能野外试验的数据为基础,建立数值模型,将监测数据与数值模拟结果进行历史拟合,合理的匹配结果证明了数值模型的可行性。数值模拟结果证明,初始气囊的形成对CAESA系统循环的影响较大,充足的压强能够防止气囊中能量消散过大,保障后续循环顺利进行。在适宜的地层和含水层条件下,能够实现不同类型的CAESA系统循环,包括日循环、周循环、月循环、甚至季节循环。在相同注气量条件下,日循环、周循环和月循环都可以达到较高的能量回收效率,其中日循环的储能效率稍高于其他两种循环,意味着在相同储能规模下,日循环具有效率优势。在一定条件下,可以实现季节循环,但由于气囊中能量损失较大,导致系统循环无法持续较长时间,需要在循环过程中进行补给。CAESA系统注入高温气体可以较大程度提升总能量的产出。多个井孔同时进行系统循环时,系统出现能量正向叠加和负向叠加效应,促使井孔注入更多能量;但在抽气阶段也会消耗更多能量,更快消耗气囊中气体,从而降低系统循环次数。多井循环时,对提高系统储能规模有较大贡献,系统存在最佳井孔距离,此时系统循环效率最佳。