本发明提供一种错级回热式压缩空气储能系统，错级回热式压缩空气储能系统包括：前级压缩机、吸热器、后级压缩机、储气装置、第一蓄热装置、第二蓄热装置、前级回热器、后级回热器、前级膨胀机、后级膨胀机；其中前级压缩机的出口、吸热器的第一侧、后级压缩机、储气装置、前级回热器的第一侧、前级膨胀机、后级回热器的第一侧、后级膨胀机的进口顺次连接；吸热器的第二侧、第一蓄热装置、后级回热器的第二侧相连，第二蓄热装置、前级回热器的第二侧相连。本发明提供的错级回热式压缩空气储能系统，通过采用错级回热的方式，使储热介质的温度能够错位级间利用，避免级间多级回热减少空气压降，可以提高热源的利用效率，提高整个储能系统的能效。