能源可持续发展面临的挑战,使得地热能在未来能源结构中的地位必将越来越突出,国内储量丰富的中低焓地热能的规模化开发和利用具有较大的发展潜力。本文以中低焓地热能的梯级利用系统为研究对象,采用理论推导、数值计算和试验数据分析的方法,对地热发电和区域供热系统进行了热力学性能研究,对中低焓地热资源的开发、系统设计和性能评价均具有一定的指导价值。本文基于?分析方法,建立了ORC地热双循环发电系统力学性能分析方法,该方法完善了常规双工质循环系统各主要部件的?效率模型。选用我国某中低焓地热田为研究对象,通过实例计算,分析了不同选定标准下双循环发电系统的热效率和?效率;同时,利用EES软件建立计算模型,优化分析了汽轮机进口压力和环境寂态温度对系统循环效率的影响,对提高双循环发电系统循环效率的技术措施进行了分析,从而为改进双循环系统运行性能提供理论依据。针对中低焓地热能的梯级利用模式,本文提出“分布式地热能系统”的概念,以“Kalina双工质循环地热发电”+“地热梯级区域供热”的串联系统进行了热经济学模型分析。同时,利用热经济学结构分析优化方法,对系统中主要换热设备进行了CSB值的判别和评价。本文建立了国内典型的规模化地热梯级供热试验系统的能效分析和研究平台,分析了该系统地热利用率和系统总能效比的变化规律以及地热水回灌温度对指标参数的影响。根据建立的地热梯级供热示范系统的?分析模型,得出地热水侧各换热器的换热量分布规律和?损值及?损率的分布状况,可以有针对性地减小系统中这些薄弱用能环节的能质损失,提高地热系统的能源利用率。本研究工作的开展可以为我国进行大规模地热区域供热系统的工程设计提供技术指导。本文最后对可持续性发展、环境影响和能源系统的?效率之间的变化关系及地热尾水“对井”灌采技术进行了分析。同时,对地热资源的环境效益和环境影响进行了综合评价。