固体氧化物燃料电池（SOFC）作为具有效率高,反应活性大,燃料的适应性强和环保性能好等诸多优点的新型能源,其应用与改进已经引起全世界广泛地关注。但在实际的应用也存在着诸多问题:SOFC排出的废气温度很高,很大一部分能量以热能的形式浪费掉了;燃料电池类似于内燃机,只能产生电能,而无法储存电能;由于使用的燃料不仅是氢气,也可以是甲烷等有机物,虽然降低了对燃料的要求,但也因此产生了碳排放。本文主要从能效提高、能量储存、碳排放控制三个方面进行改进,提出了一个全新的基于SOFC的综合能源系统。为了尽可能提高基于SOFC的综合系统的效率,本文针对其废气具有高温的特点设计了余热回收（WHR）系统。在各种现有余热循环中,超临界再压缩二氧化碳循环可以很好地适应SOFC废气较高的温度,对其有极佳的余热回收效果。而且再压缩二氧化碳循环可以与低温余热循环共同组件成一个梯级余热回收系统以提高余热回收的效率。本文从能量,有效能,经济和环境四个方面分析和对比了常见的四种低温余热回收循环（有机朗肯循环、跨临界二氧化碳循环、卡琳娜循环和有机闪蒸循环）的改进效果。首先采用控制变量法对构建的四个系统进行参数分析。然后利用遗传算法获得四个系统的效率最优解和关于效率和成本率的帕累托解集。结果显示,有机朗肯循环可以使系统获得最好的热动力性能,整个系统的热效率可以达到72.74%～73.55%（有效能效率可以达到70.22%～71.01%）;卡琳娜循环可以使系统获得最好的经济性能,使整个系统的成本率低至19.94$/h。引入梯级WHR系统后,整个基于SOFC的综合系统的能效达到了很高的水平,为了储存满足负载后过剩的能量和解决高能效系统产生的较大的碳排放问题,本文设计了压缩空气储能（CAES）子系统和液态天然气（LNG）子系统,从而构建了一个全新的综合能源系统（SOFC-GT/WHR/CAES/LNG系统）。同时还构建了SOFC-GT/WHR/LNG和SOFC-GT/WHR两个系统作为对比,以观察CAES和LNG子系统对系统性能的改进。首先对三个系统进行参数分析,然后利用非支配排序遗传算法对三个系统进行双目标优化计算出三个系统关于效率和成本率的帕累托解集,最后采用多维偏好分析线性规划法求解并对比三个系统的最优解。根据所得到的结果:LNG子系统通过降低WHR子系统的冷凝温度可以使整个系统的效率提高7.93%,近乎100%二氧化碳捕捉率使得系统免于环保惩罚,从而使系统的成本率降低了1.69$/h;CAES子系统在为整个系统提供压缩空气时,还可以使效率进一步提高10.26%;SOFC-GT/WHR/CAES/LNG系统的RTE最高可以达到83.04%,综合权衡效率和成本率的最优解的往返效率为73.06%。综上所述,引入WHR、CAES和LNG子系统不仅可以使系统的性能得到明显地提升,还可以使造价相对减少,是一种非常巧妙的设计。