本发明公开了一种基于配气活塞式热气机的船舶余热发电装置及其工作方法，属于节能环保领域。本发明船舶余热发电装置由热源、冷源、配气活塞式热气机发电系统组成。本发明利用船舶主机燃料的二次余热（余热锅炉排热）和发电柴油机组的排热作为热气机的热源，以海水作为冷源驱动热气机运行，带动发电机发电，可避免从船舶主机排气口直接取热而增大内燃机排气阻力、降低主机输出功率的问题；在余热锅炉或发电柴油机组运行障碍时还可直接使用船舶燃料的一次余热作为热源驱动热气机运行。本发明一方面有效地利用了船舶内外的温差能，可减少对船上柴油发电机组的依赖；另一方面由于热气机是不依赖燃烧的闭式循环，因此不会增加任何排放问题。