本发明公开一种采用高压高温热水蓄热的压缩空气储能系统及其运行方法，压缩空气储能系统包括多级压气机、多级膨胀机、若干换热器、储气系统和高温热水储放热系统，高温热水储放热系统包括热水储罐、冷水储罐和供气机构，供气机构用于通过气体联通管向冷水储罐和热水储罐提供首次充装高压气体并在系统运行后维持罐内气压；冷水储罐与热水储罐之间通过至少一组输水系统连通，每组输水系统均包括输水管和水泵，水泵用于通过输水管由热水储罐经换热器向冷水储罐方向抽水和/或由冷水储罐经换热器向热水储罐方向抽水。本发明采用180℃高温热水进行储热，解决储热系统投资高的问题，同时解决了高压、高温热水储放热系统维持压力的问题。