本发明公开了一种基于高速电机的压缩空气储能系统，包括：液化空气气化系统，液化空气气化系统接收液化空气，并对液化空气进行气化，输出气化空气；膨胀发电机组，包括整流逆变装置、多级膨胀机和多个高速发电机，其中，各高速发电机分别和至少一级膨胀机同轴连接，膨胀机接收气化空气并将气化空气的部分能量转化为机械能，将机械能传输至高速发电机；高速发电机将机械能转化为电能，并将电能传输至整流逆变装置；整流逆变装置将所述电能转化为交流电后输出。本发明简化了液化空气储能系统的结构，降低了设计难度，减小了机械占比损失，有效的提高了压缩空气储能系统的利用效率。