压缩空气储能技术能够实现大容量和长时间的电能存储,是目前最有发展前景的大规模清洁能源储存技术之一。其中,以含水层作为压缩空气储能系统的储气介质具有更强的可实施性和经济效益,成为了当前研究的重点方向。将地下含水层作为储气库用于压缩空气储能方面不仅能有效减少热能耗散的问题,也能减少改造地质条件的经济成本。本文采用开发并行耦合模拟器的手段对含水层压缩空气储能系统地下储层部分进行研究:（1）建立了THM（Thermal-Hydrological-Mechanical）理论模型;（2）基于理论模型和数值计算方法用C++汇编语言开发了两相流模拟软件Mgflow,并分别编写程序实现了Mgflow-FLAC3D耦合集成模拟器;（3）构建了地下含水层模型,对含水层压缩空气储能系统进行了THM三场耦合模拟分析。在理论模型上,本文构建了气水两相流的热流固耦合模型,根据质量守恒定律和达西定律推导了渗流场方程,并根据两相流理论给出了毛细管压力模型、动态渗透率模型。同时根据能量守恒定律和弹性力学假设完成了温度场和应力场的公式推导以及三场耦合理论。在Mgflow-FLAC3D并行模拟器开发方面,本文对上述热流固耦合理论方程进行离散化,构建了气水两相流动的数值计算方法,并采用五点井案例将计算结果与TOUGH2对比,验证了验证了模拟器的计算准确性。在并行计算效率方面,采用单核串行与多核并行计算进行对比,结果表明:小网格测试案例中,采用16核并行计算可以比单核串行计算节省80%的时间;而在含水层模拟研究中,更大的计算量和计算核数使得并行计算的效果提升至85%左右。本文利用新开发的耦合并行模拟器对含水层压气储能系统开展了模拟研究并对系统的各项参数进行了敏感性分析。结果表明:渗透率和注气方案以及注气点位置的选择等因素对系统起决定性作用。0.2-0.5D渗透率范围内的含水层可以实现较优的系统持续利用率;采用较小的长时间的注气方案可以提高初始气囊影响范围,在本次研究中10kg/s-20kg/s的注气速率为适当值;应力场对压缩空气储能系统的影响主要体现在对其渗透率的改变,动态渗透率最大可增至2.28倍,初始气囊形成时最大位移可以达到0.8m左右。低温注气方案可以减少一定压缩空气储能系统的能耗损失。该论文有图54幅,表9个,参考文献84篇。