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目前，我国能源供需缺口巨大，供需矛盾尖锐，长期以来以煤为主的结构对环境造成了严重影响。实现经济与资源、环境协调发展最终只有依靠可再生能源。我国地热资源丰富，地热发电投资小运行稳定，有机朗肯循环（Organic RankineCycle, ORC）技术降低了地热发电的利用温度，增加了地热发电资源总量。本文着眼于90-120℃热水型地热资源，针对中低温地热发电循环效率较低的问题，基于回热有机朗肯循环（Regenerative Organic Rankine Cycle, RORC），提出了并联式（Parallel Double-evaporator Regenerative Organic Rankine Cycle,PDRORC）和串联式双级蒸发回热有机朗肯循环（Series Double-evaporatorRegenerative Organic Rankine Cycle, SDRORC），采用热力学第一定律分析法、火用分析法、熵分析法与火积分析法相结合的方法建立了RORC、SDRORC和PDRORC理论优化模型，并开展了系统形式和循环参数优化分析和对比研究；以RORC为基础，对25种纯工质、8种二元和11种三元非共沸混合工质的发电性能进行了评价研究；并开展了系统关键部件性能和系统发电性能实验研究，重点研究了工质热力学性质及其充注量对系统性能的影响；对高含水期油田伴生地热联产系统的技术经济性进行了研究。主要结论如下：（1）火用分析和熵分析分别从系统做功能力和不可逆性角度进行分析，而火积分析则是从传热角度进行分析，尽管三种方法的研究视角不同，但在ORC的热力学优化方面，结果均具有一致性。（2）RORC：火积损失率正比于净发电功率，最大净发电功率对应于熵产率和火积耗散率变化率转折点。PDRORC：净发电功率正比于火积损失率、热效率和火用效率，但是反比于熵产率。SDRORC：净发电功率、热效率、火用效率和火积损失率之间存在对应关系，最大净发电功率对应于熵产率下降区间内的最小值。（3）RORC发电性能的改善程度取决于回热器效率，以全生命周期内收益最大化为原则，实际工程中回热器效率推荐值约为60%。SDRORC与PDRORC的发电性能均优于RORC，但SDRORC改善程度更高，随着地热水进出口温差的增大，SDRORC系统优势更加明显。（4）二元非共沸混合工质R365mfc/R245fa、 isopentane/R245fa、neopentane/R245fa、isohexane/R245fa和pentane/R245fa较优；三元非共沸混合工质R245fa/pentane/isohexane和R245fa/isopentaneiso/isohexane的发电性能较优。（5）在额定膨胀比时，涡旋式膨胀机的等熵效率最高；工质传热系数正比于充注量，工质泵出口压力、工质流量、蒸发器热负荷和系统发电功率与热源入口温度之间存在正比关系；工质最佳充注量与评价指标有关，以热效率为评价指标时，R123、R245fa和R245/Isopentane为混合工质所对应的无量纲体积比（Dimensionless Volume Ratio, DVR）分别为0.38、0.38和0.41。（6）热源与工质直接换热方式改善了发电性能；设置回热器和预热器也在一定程度上提高了发电性能。“电热油”串联联产系统适用于地热水入口温度高而维温伴热地热水入口温度低的场合，而并联系统则恰好相反；地热尾水取代燃油锅炉每年可以节省约8160吨原油，同时还可减排大量污染物。（7）吸收式制冷可以作为ORC的辅助冷源，也可以满足约12000m2的住宅建筑的夏季冷需求。多联产系统可以满足258000m2的住宅建筑的冬季供热需求和47300人的夏季生活热水供应；联产系统中原油的收益超过了74%，而发电的收益尽管很少，但地热发电对于缓解我国的能源供需矛盾具有一定的作用；整个系统的回收期不足4年，油田地热联产系统值得大力推广应用。