本发明提供一种深度供能的压缩空气储能系统及方法，该深度供能的压缩空气储能系统主要由多级压缩机和多级透平机组成，在各压缩机出口处均设置有通往储气库的注汽旁路，在各透平机入口处均设置有通往储气库的通气旁路。储能过程中，系统根据储气库压力的变化采用不同级数的压缩机串联增压实现梯级压缩，以降低储能注气压差，减少压缩过程耗功。释能过程中，根据储气库压力的变化选择不同级数的透平机串联透平实现梯级膨胀，以此扩大系统的透平压力运行区间，增加系统释能容量。本方案可在有效增加压缩空气储能系统的储释能容量的同时，提高系统效率。