社会的飞速发展需要源源不断的能源作为动力支撑,化石能源的大量消耗在一定程度上可以满足社会发展所需的能源供应,但是其所带来的环境污染和资源浪费越来越受到人们的关注。可再生能源利用成为替代化石能源污染的有效途径,随着可再生能源发电的大量应用,其带来的电压波动、闪变、不稳定性对电网造成了极大的冲击,其发展受到了一定的限制。储能技术的出现可以很好的解决可再生能源发电存在的诸多问题,对于电网“削峰填谷”也有着极大的应用价值。在诸多储能技术中,压缩空气储能(CAES)在使用寿命、储能容量、循环成本等方面有着其他储能方式不具备的优势,成为未来储能领域极具开发潜力的储能方式,但是传统压缩空气储能依然存在效率低下、气体泄漏等问题,并未完全摆脱对化石能源的依赖,对其进一步研究很有必要。首先,通过对传统压缩空气储能和先进绝热压缩空气储能进行分析,针对其遗留的效率低下、气体泄漏等问题,对储能系统的结构进行改进,在系统释能环节巧妙的采用水动力的释能方式进行发电,给出一种新型压缩空气水动力储能方式。并对压缩空气水动力储能系统压缩机、膨胀机、储气装置、蓄换热装置及水轮机等进行数学建模,对系统单级做工及多级做工进行分析,得出系统在加入蓄热换热部件对系统效率有所提高,并在此基础上对系统循环工况进行分析。其次,针对系统效率给出了优化控制策略,分别针对系统压缩储能及膨胀释能环节进行最大效率优化控制。根据压缩空气储能实际应用背景,提出了针对压缩空气水动力储能系统释能环节膨胀机转速优化控制方案。设计了模糊滑模控制算法,通过对算法进行验证,满足稳定性的需求。最后,针对压缩空气储能系统释能环节膨胀机转速控制进行仿真验证,仿真结果表明在恒压释能及定容释能情况下,膨胀机转速均可以快速到达并保持在最优转速附近,膨胀机效率提高约1.2%,验证了优化控制的合理性及可行性,对后续压缩空气储能效率优化提供了一定的参考。并借助北京天弥奥新能源科技有限公司的实验平台进行了实验分析。