本发明提供一种高效率的真空升华蒸发冷热能分离系统，其中的分离系统包括一个密封的容器，在该容器上设有液体进口、气体出口和固体或固液混合物出口；在该气体出口上连接一真空升华蒸发机组，为密封容器提供设定的蒸发压力；所述真空升华蒸发机组为一压气机组，其包括至少一台压气机，该压气机上设有吸气口和排气口，所述吸气口与所述容器的气体出口连接。本发明还提供分离方法，其中给出真空升华蒸发机组的压气机的各种压比设计，本发明通过分离系统和相应的分离方法可以大流量抽吸容器中真空蒸发所产生的水蒸汽以提高冷热能的分离效率；本发明还提供所述分离系统用于发电的发电方法和发电系统。