본 발명은 초임계 이산화탄소(S-CO2)를 작동 유체로 하는 순산소 연소 발전 시스템에 관한 것으로, 외부로부터 유입되는 공기를 압축하여 산소(O2)와 질소(N2)를 분리하는 공기 분리기; 상기 공기 분리기에서 공급된 산소와 연료 간의 연소 반응을 통해 생성된 열 에너지를 상기 작동 유체인 초임계 이산화탄소로 전달하는 연소기; 및 상기 초임계 이산화탄소를 압축시키고, 상기 공기 분리기에서 발생하는 저온의 산소와 질소 중 적어도 하나를 이용하여 압축 과정의 초임계 이산화탄소를 냉각시키는 냉각 압축기를 포함한다.