本发明公开了一种直接空冷机组余热梯级利用系统及方法，包括汽轮机组、空冷岛、动力循环单元、制冷单元，利用空冷机组部分排汽驱动动力循环及制冷循环，实现汽轮机排汽余热的有效梯级利用，增加了系统对外供电量，提升系统整体能量利用效率，同时，基于排汽热量梯级利用及制冷循环所制取冷量，实现了部分排汽的直接冷凝，减少进入空冷岛的蒸汽量，极大地改善了夏季空冷岛换热效果，提升机组运行效率及安全性，解决了空冷机组夏季运行背压较高，影响机组运行效率的问题。