一种二氧化碳热泵与有机工质联合发电系统，包括：二级加热子系统、有机工质循环子系统、CO₂热泵循环子系统。汽轮机中的低品位蒸汽输入二级加热器加热有机工质，加热后高温有机工质输入膨胀器中驱动发电机发电，发电后低温有机工质与CO₂进行热量交换，从而降低CO₂的温度，这部分冷源可以用来建筑物制冷。同时制冷后的CO₂通过冷凝换热器将热量交换给有机工质，快速提高有机工质的温度，从而驱动发动机发电，提高发电效率。