本发明实施例提供一种船舶超临界二氧化碳储能系统，包括：第一循环子系统、中间换热器、第二循环子系统和储能子系统，其中，第一循环子系统与第二循环子系统通过中间换热器热耦合，以使第二循环子系统内的超临界二氧化碳工质热交换后形成高温超临界二氧化碳工质，第二循环子系统与储能子系统连接，以使储能子系统内的介质与高温超临界二氧化碳工质热交换后形成热能和冷能。本发明实施例提供的船舶超临界二氧化碳储能系统，在为船舶提供电力的同时，实现了有限空间下能量的存储。在船舶需要发生改变时，储能子系统释放能量，产生电能，使船舶超临界二氧化碳储能系统能够在多种工况条件下进行切换，提高了能量的利用率以及动力系统变工况灵敏度。