随着经济的快速发展,传统化石燃料的使用导致的环境污染问题日益严重,寻找能够提高能量转换效率并且可以减少有害气体排放的新型可再生能源系统越来越受到重视,燃料电池因其较高的转换效率和较低的环境影响而成为最具吸引力的可再生能源技术之一。在众多类型的燃料电池中,磷酸燃料电池（Phosphoric Acid Fuel Cell,PAFC）因其相对较低的电解质成本以及较高的耐久性等优点,被认为是最成熟的氢氧燃料电池技术之一。而热电发电机可以通过塞贝克效应将热能直接转化为电能,它具有结构紧凑、噪音低、环境友好、适用于多种热源等优点,在余热回收技术方面具有很好的发展前景。本文建立了两个利用PAFC余热驱动两级温差热电发电器（Two Stage Thermoelectric Generator,TTEG）的复合发电系统模型,综合考虑了系统内的主要不可逆损失,确定了系统的优化工作区间,给出了负载电阻的最佳匹配条件。最后,利用NSGA-II遗传优化算法对PAFC-串联TTEG复合系统进行了多目标优化分析,并对多种优化方案进行了比较。具体研究内容安排如下:第一章对本文的选题背景进行了概述,介绍了磷酸燃料电池、温差热电发电器以及多目标遗传算法的发展史和研究现状,最后介绍了本文的主要研究内容。第二章建立了串联TTEG和并联TTEG的热力学理论模型和数学模型,介绍了它们的工作原理,利用热力学第一定律推导出了两种TTEG功率、效率、熵产率和生态学性能系数（Ecological coefficient of performance,ECOP）的表达式。研究了顶层和底层热电元件配置对两种TTEG的影响,优化了其结构配置;讨论了冷热端温差、无量纲优值系数对两种TTEG性能的影响。第三章建立了稳定状态下运行的PAFC的数学模型,结合第二章优化后的串联TTEG和并联TTEG分别建立了PAFC-串联TTEG和PAFC-并联TTEG复合发电系统模型,考虑了PAFC电化学反应中的过电势损失、回热损失、热漏以及TTEG中的主要不可逆损失,导出PAFC,TTEG和复合系统的输出功率、效率和熵产率的一般表达式,得到PAFC和TTEG电流密度之间的关系。确定了系统的优化工作区间,分析了温度、压力、热传导系数、无量纲优值系数以及综合参数对复合系统性能的影响,给出了负载电阻的最佳匹配条件。第四章利用NSGA-II遗传算法对第三章建立的PAFC-串联TTEG复合系统进行多目标优化。选取PAFC工作电流密度、工作温度、工作压力和热电材料的无量纲优值系数作为决策变量,以复合系统输出功率、效率和熵产率作为目标函数,在第三章讨论的参数范围内进行优化,然后利用三种不同的决策方法对优化得到的Pareto前沿进行抉择,确定最优解。最后,将三目标、双目标以及单目标优化方案进行对比分析。第五章对本文的主要研究内容、相关结论进行总结,并对当前课题研究的不足之处提出了一些建议与展望。