本发明涉及一种基于CO2气液相变的热能转化机械能多级压缩储能装置，包括：储气库；储液罐；储能组件，储能组件包括冷凝器与至少两个压缩储能部，压缩储能部包括压缩机与储能换热器；释能组件，释能组件包括蒸发器与至少一个膨胀释能部，膨胀释能部包括释能换热器与膨胀机；换热组件，储能换热器、释能换热器均与换热组件连接，储能换热器能将储能组件产生的能量暂存至换热组件，释能换热器能接收换热组件暂存的能量；驱动组件，驱动组件包括能量输入件与第一驱动件，能量输入件吸收外部热能以驱动第一驱动件工作，第一驱动件用于驱动压缩机工作。通过该装置能将生产制造过程中产生的废热存储并再次利用，从而减少热能浪费，节约能源。