本实用新型涉及天然气余压利用技术领域，具体涉及一种天然气余压冷能发电梯级利用系统，包括膨胀发电模块和冷媒制冷系统；所述膨胀发电系统包括通过管路依次连通在高压调节阀和低压调节阀之间的透平膨胀机、冷能换热器和电加热器，所述透平膨胀机与发电机电连接，发电机与电加热器电连接；冷媒制冷系统包括通过管道依次连通设置的工质泵、制冰蒸发器、河水加热器和透平膨胀机，工质泵和透平膨胀机分别与冷能换热器的出口和进口连通；所述制冰蒸发器的工作端与制冰装置循环连通；与现有技术相比，冷凝后的低沸点有机工质中的冷能通过制冰蒸发器得以利用起来，换热设备投资小，且能源利用效率高，制冰可获取收益，增强技术实施经济性。