本发明提供一种自冷却二氧化碳储能系统，包括：储冷罐和储热罐，适于分别储存冷换热介质和热换热介质；过冷管路，密封连通所述储冷罐和所述储热罐，所述过冷管路适于导流所述冷换热介质；至少一个第一换热器，设置在所述储能管路和所述过冷管路之间。通过第一换热器对二氧化碳压缩过程中释放的大量热量进行换热，降低液化过程中二氧化碳的温度，储能管路包括：液化管路，与所述储液罐连通；制冷管路，与所述储气罐连通，第三换热器设置在所述液化管路和所述制冷管路之间。通过第三换热器，制冷管路与液化管路中的二氧化碳进行换热，使得液化管路中的二氧化碳彻底液化，系统不需要占用过大空间，结构简单。