本发明公开了一种基于压缩空气储能的空气透平耦合燃气轮机发电系统，包括：压缩子系统、储气库、余热锅炉、空气透平和燃气轮机；所述压缩子系统的输入端连接大气，输出端连接储气库的进气口，电价低时工作将压缩空气存储在储气库中；所述储气库的出气口连接余热锅炉进气口，储气库中的空气经余热锅炉加热后通过空气透平输入燃气轮机，燃气轮机吸入天然气进行燃烧发电。本发明能够在电价低时将压缩空气储存于储气库，在白天/用电高峰时供给空气透平及燃气轮机耦合发电，起到了削峰填谷的作用，减少了能量浪费，同时余热锅炉产生的蒸汽可继续用于供热或发电，提高了能源综合利用率，实现了节能提效的目的。