利用氢能进行分布式发电的能源供应方式具有传统电力难以媲美的巨大优势。以固体氧化物燃料电池（Solid oxide fuel cells,SOFC）进行发电的固体氧化物燃料电池热电联供（SOFC combined heat and power,SOFC-CHP）系统做为一种新型分布式发电方式受到了广泛关注和研究。本文首先进行了甲烷蒸汽重整（Steam-methane reforming,SMR）反应的条件实验并确定了重整后的合成气组成,利用COMSOL Multiphysics建立了三维SOFC单电池模型,并模拟研究了内重整和外重整对SOFC发电性能的影响,同时通过SOFC单电池实验测试与模拟结果相验证,最后将此SOFC电化学模型耦合至CHP系统,利用Aspen Plus建立了1 kW级的天然气IRSOFC-CHP和ERSOFC-CHP两种系统流程模型,对比研究了两种系统的各项性能,研究结果如下:（1）当CH₄外重整反应条件为温度973 K¹023 K,空速2400 h^-1,水碳比3⁴时,可以得到较适合于SOFC的合成气。该合成气组成为:50%H₂,3%CO,1%CH₄,6%CO₂,40%H₂O,并用于外重整SOFC模拟中。（2）SOFC模拟研究发现:内重整时SOFC具有比外重整时更大的功率密度,更高的能量利用率,但燃料利用率比外重整时低。阳极强吸热SMR反应使得SOFC内重整时阳极入口端的温度梯度更大,最大为5500 K?m^-1。越靠近集流体的地方,电流密度越大,电流密度基本上沿着燃料主流动方向递减。外重整时热力学上阳极并不会发生积碳,而内重整时SOFC在阳极,特别是阳极入口端发生CH₄热分解热力学积碳,此时碳活性达到了270。（3）SOFC单电池实验结果表明:使用纯H₂时,增加气体流量有利于提高发电性能,以CH₄燃料直接内重整时,水碳比为4性能最佳。在1073 K下,内重整时的发电性能优于外重整,与SOFC模拟结论相一致,但整体性能偏低。（4）SOFC-CHP系统模拟发现:燃料流量增加,系统各项功率随之增加但各项效率的降低,且此时IRSOFC-CHP系统的净直流发电功率(P_DC,net)、系统热回收功率(Q_net)分别高出ERSOFC-CHP系统约120¹40 W、110²00 W。当水碳比大于2时,IRSOFC-CHP系统的Q_net及Ψ_sys,Q大于ERSOFC-CHP系统,由于水碳比的增加带来了系统热负荷的增加及热量损失,系统的总回收效率(Ψ_sys,tot)随之不断降低。燃料利用率U_f的增加有利于提高系统P_DC,net及Ψ_sys,ele,IRSOFC-CHP系统Ψ_sys,ele始终高于ERSOFC-CHP系统约5%⁷%。