本发明公开了一种耦合相变储热和温差发电的超临界CO2冷热电联产系统及其工作方法，所述系统包括超临界CO2布雷顿再压缩循环系统、相变储热系统、温差发电装置、供热系统和供冷系统；所述超临界CO2布雷顿再压缩循环系统可根据实际环境温度，调节风机流量进而调控风机和压缩机耗功；相变储热系统用于余热回收利用；温差发电装置实现余热发电再利用；供热系统和供冷系统可以满足用户的供热/供冷需求，同时通过调节各支路之间的流量比例可调节供热量/供冷量。本发明不仅可以实现冷热电联产，而且可以在优化风机耗功与压缩机耗功的同时，实现余热分级、分时段、分工况综合利用，显著提升系统的能量利用率。