本发明提供了一种压缩气体储能的能量梯级利用系统，包括若干第一压缩机、若干换热器组、第二压缩机、储气罐、高温储能模块和低温回水模块，若干所述第一压缩机通过管路依次连接，所述第二压缩机一端与最后一个第一压缩机连接，另一端与储气罐连接。本发明通过使用第一压缩机、第二压缩机、换热器组、高温储能模块和低温回水模块，在不使用冷却塔的情况下，使用梯级冷却的方法，即压缩机后面设置两段冷却，高温段用冷罐中储热介质冷却，高温段热量由冷罐中的循环储热介质带入储热罐，循环利用，低温段使用外部水源冷却，通过控制外部水源的温度，可以进一步降低压缩机出口气体温度，不仅可以降低压缩机功耗，而且可以降低储气罐容积，降低成本。