研究所自2004年起开展压缩空气储能技术研发，在国家“863”计划、“973”计划、国家重点研发计划以及中国科学院先导专项等项目支持下，取得了一系列国际领先的技术成果：原创性地提出了先进压缩空气储能技术新原理，可同时解决传统压缩空气储能依赖大型储气室、依赖化石燃料、系统效率低等主要技术瓶颈问题。首次揭示压缩空气储能系统过程耦合与能量传递机理；首次揭示压缩空气储能系统限制空间尺度内的流动、传热、储热特性与机理；首次揭示压缩空气储能系统压缩机和透平内部流动与损失发展的规律及流动与传热耦合机理。突破了1-300MW级压缩空气储能系统全套核心关键技术，攻克了宽负荷压缩机和高负荷膨胀机全三维设计技术、超临界空气与蓄冷（热）智能制造与新智能制造与新材料的强化传热技、系统及设备变工况条件与控制技术，已建成国际首套1.5MW、10MW和100MW先进压缩空气储能示范工程。于2021年启动300MW先进压缩空气储能系统研发，于2022年完成系统及部件设计，于2023年成功研制出国际首台应用于300MW压缩空气储能系统的多级宽负荷压缩机、多级高负荷透平膨胀机以及高效紧凑式蓄热换热器等系统核心设备，于2024年4月实现首次并网发电一次成功，系统额定设计效率达72.1%，拥有完全自主知识产权，系统装备自主化率达100%，可实现完全自主可控。