本發(fā)明涉及燃料電池，尤其涉及一種燃料電池系統(tǒng)、燃料電池發(fā)電機組及其調(diào)控方法。

背景技術(shù)：

1、燃料電池是一種高效率的能量轉(zhuǎn)化裝置，它能夠直接將儲存在可燃氣體內(nèi)的化學能轉(zhuǎn)化為電能，由于其不需要中間的機械能到電能的轉(zhuǎn)化，因此具有更高的能量轉(zhuǎn)化效率。

2、高溫燃料電池高溫運行增加了燃料的使用種類，高溫燃料電池可以使用甲烷、汽油、柴油等碳燃料進行發(fā)電。高溫燃料電池的燃料電極(陽極)由多孔鎳金屬與氧化鋯組成，其中陽極支撐電池的支撐體材料與陽極材料相同，為鎳金屬與氧化鋯的混合物，支撐體厚度約為500微米至1500微米，厚度為5微米至50微米的陽極功能層在支撐體與電解質(zhì)之間，電解質(zhì)厚度為2微米至30微米，隨后空氣電極(陰極)涂刷燒結(jié)于電解質(zhì)的另一側(cè)。

3、在燃料電極的電化學反應過程中，燃料首先擴散到電極的多孔結(jié)構(gòu)中，然后進行電化學反應。在電堆的運行過程中，燃料進料口上游部分通常含有較多的燃料，在擴散到反應表面的過程中分壓較高；在燃料出料口的下游部分，大量的燃料被電池消耗，產(chǎn)生的大量水蒸氣降低了燃料在燃料電極中的擴散分壓和擴散速率，影響到陽極的化學反應。因此在實際工業(yè)應用過程中，一般通入過量燃料保證燃料流道下游的燃料擴散性，從而導致電堆整體燃料利用率較低。另外，高溫燃料電池在高溫條件下進行電化學反應產(chǎn)生的熱量被燃料流體帶入燃料流道下游，通常燃料流道下游有較高的反應溫度，水蒸氣在高溫下有較強的氧化性，在燃料電極內(nèi)部的鎳金屬因而極容易被氧化為氧化鎳，氧化鎳團聚并且體積長大約60％。因此在高燃料利用率條件下，燃料電極在燃料流道下游處容易膨脹開裂，從而導致燃料電極衰減，系統(tǒng)性能衰減。

4、現(xiàn)有技術(shù)中，在高溫燃料電池系統(tǒng)內(nèi)添加燃料循環(huán)泵，把電堆燃料流道出料口的尾氣部分循環(huán)到燃料流道進料口，通常把約50％至80％的燃料尾氣循環(huán)到燃料流道進料口，這樣可以控制電堆內(nèi)部的燃料利用率為50％至70％，在電堆燃料流道出料口的支撐體附近仍然存在大量的未消耗燃料，這樣可以增加燃料在支撐體及功能層內(nèi)的擴散，大量的燃料也抑制燃料流道出料口處支撐體內(nèi)部鎳金屬的氧化。同時，由于燃料循環(huán)泵的存在，高溫燃料電池系統(tǒng)的整體燃料利用率可提升至80％以上，大大提升系統(tǒng)效率。但是在高溫燃料電池系統(tǒng)中加入燃料循環(huán)泵大大增加了高溫燃料電池系統(tǒng)的復雜性，燃料循環(huán)泵在高溫條件下運行，燃料中的氫氣及水蒸氣容易使燃料循環(huán)泵葉片與軸承發(fā)生腐蝕，從而產(chǎn)生燃料泄漏，從高溫燃料電池系統(tǒng)長期運行考慮，燃料循環(huán)泵的使用增加了高溫燃料電池系統(tǒng)的維護成本。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種燃料電池系統(tǒng)、燃料電池發(fā)電機組及其調(diào)控方法，能夠提高燃料電池系統(tǒng)的燃料利用率，提高了燃料電池發(fā)電機組的發(fā)電效率，降低了發(fā)電機組的維護成本。

2、為達此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、燃料電池系統(tǒng)，其包括：

4、一級燃料電池模組，包括至少一個一級電堆，所述一級電堆包括第一空氣電極、第一燃料電極和設于所述第一空氣電極和所述第一燃料電極之間的氧離子導體電解質(zhì)；

5、二級燃料電池模組，包括至少一個二級電堆，所述二級電堆包括第二空氣電極、第二燃料電極和設于所述第二空氣電極和所述第二燃料電極之間的質(zhì)子導體電解質(zhì)；

6、燃料供應單元和空氣供應單元，所述燃料供應單元為所述一級燃料電池模組或所述一級燃料電池模組和所述二級燃料電池模組提供燃料，所述一級燃料電池模組反應后的第一燃料尾氣至少部分進入所述二級燃料電池模組，所述空氣供應單元為所述一級燃料電池模組和所述二級燃料電池模組提供空氣。

7、作為所述燃料電池系統(tǒng)的一個可選方案，所述燃料電池系統(tǒng)還包括分離器，所述分離器設于所述一級燃料電池模組和所述二級燃料電池模組之間，用于去除至少部分所述第一燃料尾氣中的水和/或二氧化碳，去除水和/或二氧化碳后的所述第一燃料尾氣進入所述第二燃料電極。

8、作為所述燃料電池系統(tǒng)的一個可選方案，所述第一燃料電極滿足在進入所述一級燃料電池模組中的燃料中的氧元素和碳元素的比值＝0.5～3時，所述第一燃料電極的表面不發(fā)生積碳。

9、作為所述燃料電池系統(tǒng)的一個可選方案，所述第一燃料電極的材料包括過渡金屬和氧離子導體的混合物，貴金屬和氧離子導體的混合物，過渡金屬、貴金屬和氧離子導體的混合物，過渡金屬、貴金屬、氧離子導體和導電氧化物的混合物中的其中一種。

10、作為所述燃料電池系統(tǒng)的一個可選方案，所述第二燃料電極滿足在進入所述二級燃料電池模組中的燃料中的氧元素和碳元素的比值＝1～3時，所述第二燃料電極的表面不發(fā)生積碳。

11、作為所述燃料電池系統(tǒng)的一個可選方案，所述第二燃料電極的材料包括過渡金屬與堿金屬氧化物、堿金屬元素摻雜的鈣鈦礦鋯酸鹽氧化物、堿金屬元素摻雜的鈣鈦礦鈰酸鹽氧化物、堿金屬元素摻雜的鈣鈦礦鈦酸鹽氧化物、堿金屬元素摻雜的鈣鈦礦鐵酸鹽氧化物、堿金屬元素摻雜的鈣鈦礦釩酸鹽氧化物、堿金屬元素摻雜的鈣鈦礦鉻酸鹽氧化物、堿金屬元素摻雜的鈣鈦礦錳酸鹽氧化物、堿金屬元素摻雜的鈣鈦礦鈷酸鹽氧化物、堿金屬元素摻雜的鈣鈦礦鎳酸鹽氧化物、堿金屬元素摻雜的鈣鈦礦銅酸鹽氧化物和質(zhì)子導體氧化物中的其中一種或多種混合的混合物；或，

12、貴金屬與堿金屬氧化物、堿金屬元素摻雜的鈣鈦礦鋯酸鹽氧化物、堿金屬元素摻雜的鈣鈦礦鈰酸鹽氧化物、堿金屬元素摻雜的鈣鈦礦鈦酸鹽氧化物、堿金屬元素摻雜的鈣鈦礦鐵酸鹽氧化物、堿金屬元素摻雜的鈣鈦礦釩酸鹽氧化物、堿金屬元素摻雜的鈣鈦礦鉻酸鹽氧化物、堿金屬元素摻雜的鈣鈦礦錳酸鹽氧化物、堿金屬元素摻雜的鈣鈦礦鈷酸鹽氧化物、堿金屬元素摻雜的鈣鈦礦鎳酸鹽氧化物、堿金屬元素摻雜的鈣鈦礦銅酸鹽氧化物和質(zhì)子導體氧化物中的其中一種或多種混合的混合物；或，

13、過渡金屬、貴金屬與堿金屬氧化物、堿金屬元素摻雜的鈣鈦礦鋯酸鹽氧化物、堿金屬元素摻雜的鈣鈦礦鈰酸鹽氧化物、堿金屬元素摻雜的鈣鈦礦鈦酸鹽氧化物、堿金屬元素摻雜的鈣鈦礦鐵酸鹽氧化物、堿金屬元素摻雜的鈣鈦礦釩酸鹽氧化物、堿金屬元素摻雜的鈣鈦礦鉻酸鹽氧化物、堿金屬元素摻雜的鈣鈦礦錳酸鹽氧化物、堿金屬元素摻雜的鈣鈦礦鈷酸鹽氧化物、堿金屬元素摻雜的鈣鈦礦鎳酸鹽氧化物、堿金屬元素摻雜的鈣鈦礦銅酸鹽氧化物和質(zhì)子導體氧化物中的其中一種或多種混合的混合物；或，

14、過渡金屬、貴金屬、導電氧化物與堿金屬氧化物、堿金屬元素摻雜的鈣鈦礦鋯酸鹽氧化物、堿金屬元素摻雜的鈣鈦礦鈰酸鹽氧化物、堿金屬元素摻雜的鈣鈦礦鈦酸鹽氧化物、堿金屬元素摻雜的鈣鈦礦鐵酸鹽氧化物、堿金屬元素摻雜的鈣鈦礦釩酸鹽氧化物、堿金屬元素摻雜的鈣鈦礦鉻酸鹽氧化物、堿金屬元素摻雜的鈣鈦礦錳酸鹽氧化物、堿金屬元素摻雜的鈣鈦礦鈷酸鹽氧化物、堿金屬元素摻雜的鈣鈦礦鎳酸鹽氧化物、堿金屬元素摻雜的鈣鈦礦銅酸鹽氧化物和質(zhì)子導體氧化物中的其中一種或多種混合的混合物。

15、作為所述燃料電池系統(tǒng)的一個可選方案，所述一級燃料電池模組中包括一個或多個一級電堆組，每個所述一級電堆組包括至少一個所述一級電堆，多個所述一級電堆組串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)；

16、所述二級燃料電池模組中包括一個或多個二級電堆組，每個所述二級電堆組包括至少一個所述二級電堆，多個所述二級電堆組串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)。

17、作為所述燃料電池系統(tǒng)的一個可選方案，所述燃料電池系統(tǒng)包括一個燃燒器，所述燃燒器設置于所述二級燃料電池模組內(nèi)，所述第一空氣電極、所述第二空氣電極、所述第二燃料電極、所述燃料供應單元和所述空氣供應單元均與所述燃燒器連通。

18、作為所述燃料電池系統(tǒng)的一個可選方案，所述燃燒器燃燒后產(chǎn)生的高溫尾氣通過換熱單元為所述燃料供應單元提供的至少部分燃料和所述空氣供應單元提供的至少部分空氣提供熱量。

19、作為所述燃料電池系統(tǒng)的一個可選方案，所述換熱單元包括第一換熱器和第二換熱器，所述第一換熱器能將所述高溫尾氣的熱量傳遞給所述空氣供應單元提供的至少部分空氣；

20、所述第二換熱器能將所述高溫尾氣的熱量傳遞給所述燃料供應單元提供的至少部分燃料。

21、作為所述燃料電池系統(tǒng)的一個可選方案，所述燃燒器燃燒后的高溫尾氣與余熱回收單元連通。

22、作為所述燃料電池系統(tǒng)的一個可選方案，所述燃料供應單元提供高溫燃料和低溫燃料，所述高溫燃料與所述第一燃料電極的進料口連通，所述低溫燃料流量可控地分配至所述第一燃料電極和所述第二燃料電極；

23、所述空氣供應單元提供高溫空氣和低溫空氣，所述高溫空氣和所述低溫空氣均流量可控地分配至所述第一空氣電極和所述第二空氣電極。

24、作為所述燃料電池系統(tǒng)的一個可選方案，所述空氣供應單元還包括混合器組，所述混合器組被配置為對進入所述第一空氣電極和所述第二空氣電極的所述高溫空氣和所述低溫空氣進行混合。

25、作為所述燃料電池系統(tǒng)的一個可選方案，所述燃料電池系統(tǒng)還包括供水單元和重整器，所述供水單元和所述燃料供應單元均與所述重整器連通，所述重整器用于對所述燃料供應單元提供的燃料進行重整，重整后的燃料進入所述第一燃料電極。

26、作為所述燃料電池系統(tǒng)的一個可選方案，所述燃料電池系統(tǒng)還包括燃料循環(huán)件，所述燃料循環(huán)件設于所述第一燃料電極的出料口和所述重整器之間，以使所述第一燃料電極的出料口的至少部分第一燃料尾氣進入所述重整器重整。

27、作為所述燃料電池系統(tǒng)的一個可選方案，所述燃料電池系統(tǒng)包括第一燃燒器和第二燃燒器，所述第一燃燒器設置于所述一級燃料電池模組內(nèi)，所述一級電堆反應后的高溫尾氣至少部分進入所述第一燃燒器內(nèi)燃燒，所述第二燃燒器設置于所述二級燃料電池模組內(nèi)，所述二級電堆反應后的高溫尾氣至少部分進入所述第二燃燒器內(nèi)燃燒。

28、作為所述燃料電池系統(tǒng)的一個可選方案，所述一級燃料電池模組反應后的高溫尾氣全部進入所述第二燃燒器燃燒，所述二級燃料電池模組反應后的高溫尾氣，一部分進入所述第二燃燒器燃燒，另一部分進入所述第一燃燒器燃燒。

29、作為所述燃料電池系統(tǒng)的一個可選方案，所述一級燃料電池模組反應后的高溫尾氣一部分進入所述第一燃燒器燃燒，另一部分進入所述第二燃燒器燃燒；所述二級燃料電池模組反應后的高溫尾氣全部進入所述第二燃燒器燃燒。

30、燃料電池發(fā)電機組，其包括如以上任一方案所述的燃料電池系統(tǒng)。

31、燃料電池發(fā)電機組的調(diào)控方法，其應用于如上所述的燃料電池發(fā)電機組，所述燃料電池發(fā)電機組的調(diào)控方法包括以下步驟：

32、所述燃料電池系統(tǒng)啟動時，所述空氣供應單元提供高溫空氣，所述高溫空氣分別進入所述第一空氣電極和所述第二空氣電極，根據(jù)所述第一空氣電極排出的第一空氣尾氣的溫度和所述第二空氣電極排出的第二空氣尾氣的溫度，控制所述燃料供應單元供應燃料，并在所述第一空氣尾氣的溫度高于所述一級電堆的啟動溫度時，啟動所述一級電堆，控制所述一級電堆的燃料利用率滿足一級電堆的燃料利用率＞30％的目標；所述第二空氣尾氣的溫度高于所述二級電堆的啟動溫度時，啟動所述二級電堆，控制所述二級電堆的燃料利用率滿足所述二級電堆的燃料利用率＞40％的目標；和/或，

33、所述燃料電池系統(tǒng)停止運行時，逐漸降低所述第一空氣電極排出的第一空氣尾氣和所述第二空氣電極排出的第二空氣尾氣的溫度，依次將所述二級電堆的電流和所述一級電堆的電流逐漸降低至零，當所述第一空氣尾氣的溫度低于所述一級電堆的啟動溫度，且所述第二空氣尾氣的溫度低于所述二級電堆的啟動溫度時，所述燃料供應單元停止供應燃料。

34、作為所述燃料電池發(fā)電機組的調(diào)控方法的一個可選方案，所述燃料電池系統(tǒng)還包括分離器，所述分離器去除所述第一燃料電極反應后的至少部分第一燃料尾氣中的水和/或二氧化碳后進入所述第二燃料電極，所述燃料電池系統(tǒng)啟動時，根據(jù)所述第一空氣電極排出的第一空氣尾氣的溫度和所述第二空氣電極排出的第二空氣尾氣的溫度，控制所述燃料供應單元供應燃料的步驟包括：

35、在所述第一空氣尾氣的溫度高于第一設定溫度時，所述燃料供應單元向所述一級電堆通入燃料，進入所述一級電堆的燃料中的氧元素和碳元素的比值＞1；通過調(diào)節(jié)所述分離器的分離比例和所述燃料供應單元供應給所述二級電堆的燃料，使得進入所述二級電堆的燃料中的氧元素和碳元素的比值＞0.5，所述第一設定溫度小于所述一級電堆的啟動溫度和所述二級電堆的啟動溫度。

36、作為所述燃料電池發(fā)電機組的調(diào)控方法的一個可選方案，啟動所述一級電堆后，通過控制進入一級電堆內(nèi)的燃料中的氧元素和碳元素的比值，以及所述一級電堆的電流，以滿足所述一級電堆的燃料利用率＞30％的目標。

37、作為所述燃料電池發(fā)電機組的調(diào)控方法的一個可選方案，啟動所述一級電堆后，通過控制進入一級電堆內(nèi)的燃料中的氧元素和碳元素的比值，以及所述一級電堆的電流，以滿足所述一級電堆的燃料利用率＞30％的目標的方法包括：

38、通過逐步增加進入所述一級電堆的燃料流量，使得進入所述一級電堆的燃料中氧元素和碳元素的比值＞1，同時逐步增加所述一級電堆的電流，使得所述一級電堆的燃料利用率＞30％。

39、作為所述燃料電池發(fā)電機組的調(diào)控方法的一個可選方案，啟動所述二級電堆后，通過控制進入二級電堆內(nèi)的燃料中的氧元素和碳元素的比值，以及所述二級電堆的電流，以滿足所述二級電堆的燃料利用率＞40％的目標。

40、作為所述燃料電池發(fā)電機組的調(diào)控方法的一個可選方案，啟動所述二級電堆后，通過控制進入二級電堆內(nèi)的燃料中的氧元素和碳元素的比值，以及所述二級電堆的電流，以滿足所述二級電堆的燃料利用率＞40％的目標的方法包括：

41、通過逐步增加進入所述一級電堆的燃料流量和所述燃料供應單元為所述二級電堆提供的燃料流量，使得進入所述一級電堆的燃料中的氧元素和碳元素的比值＞0.5，進入所述二級電堆的燃料中的氧元素和碳元素的比值＞1，同時逐步增加所述二級電堆的電流，使得所述二級電堆的燃料利用率＞40％。

42、作為所述燃料電池發(fā)電機組的調(diào)控方法的一個可選方案，所述燃料電池系統(tǒng)停止運行時，依次將所述二級電堆的電流和所述一級電堆的電流逐漸降低至零的方法包括：

43、先將所述二級電堆的電流逐步降低至零，同時降低所述燃料供應單元提供給所述二級電堆的燃料的流量，維持進入所述二級電堆的燃料中的氧元素和碳元素的比值＞1；

44、然后增加進入所述一級電堆的燃料中的氧元素和碳元素的比值至＞1.5，將所述一級電堆的電流逐步降低至零。

45、作為所述燃料電池發(fā)電機組的調(diào)控方法的一個可選方案，所述燃料電池系統(tǒng)運行時，在所述第一空氣尾氣溫度高于所述一級電堆的最低穩(wěn)態(tài)運行溫度時，控制所述一級電堆的燃料利用率在40％～95％之間；在所述第二空氣尾氣溫度高于所述二級電堆的最低穩(wěn)態(tài)運行溫度時，控制所述二級電堆的燃料利用率在50％～95％之間。

46、作為所述燃料電池發(fā)電機組的調(diào)控方法的一個可選方案，在所述第一空氣尾氣溫度高于所述一級電堆的最低穩(wěn)態(tài)運行溫度時，控制所述一級電堆的燃料利用率在40％～95％之間的方法包括：

47、通過調(diào)節(jié)所述一級電堆的電流和進入所述一級電堆的燃料的流量，以滿足進入所述一級電堆的燃料中的氧元素和碳元素的比值＞0.5，再調(diào)節(jié)所述一級電堆的電流，將所述一級電堆的燃料利用率控制在40％～95％之間。

48、作為所述燃料電池發(fā)電機組的調(diào)控方法的一個可選方案，在所述第二空氣尾氣溫度高于所述二級電堆的最低穩(wěn)態(tài)運行溫度時，控制所述二級電堆的燃料利用率在50％～95％之間的方法包括：

49、調(diào)節(jié)所述分離器的分離比例、所述二級電堆的電流和所述燃料供應單元為所述二級電堆提供的燃料的流量，以滿足進入所述二級電堆的燃料中的氧元素和碳元素的比值＞1，再調(diào)節(jié)所述二級電堆的電流，將所述二級電堆的燃料利用率控制在50％～95％之間。

50、作為所述燃料電池發(fā)電機組的調(diào)控方法的一個可選方案，在所述燃料電池系統(tǒng)運行時，若增加或降低所述燃料電池系統(tǒng)的功率，通過控制所述一級電堆的電流和進入所述一級電堆的燃料流量；和/或，通過控制所述二級電堆的電流和進入所述二級電堆的燃料流量增加或降低所述燃料電池系統(tǒng)的功率，確保所述一級電堆的燃料利用率在40％～95％之間，所述二級電堆的燃料利用率在50％～95％之間。

51、作為所述燃料電池發(fā)電機組的調(diào)控方法的一個可選方案，增加所述燃料電池系統(tǒng)的功率時，通過控制所述一級電堆的電流和進入所述一級電堆的燃料流量；和/或，通過控制所述二級電堆的電流和進入所述二級電堆的燃料流量，并確保所述一級電堆的燃料利用率在40％～95％之間，所述二級電堆的燃料利用率在50％～95％之間的方法包括：

52、維持所述一級電堆的電流不變，增加進入所述一級電堆的燃料的流量和所述燃料供應單元為所述二級電堆提供的燃料的流量，增加所述二級電堆的電流，并確保所述一級電堆的燃料利用率在40％～95％之間，所述二級電堆的燃料利用率在50％～95％之間；或，

53、增加所述一級電堆的電流，增加進入所述一級電堆的燃料的流量，維持所述二級電堆的電流不變，并確保所述一級電堆的燃料利用率在40％～95％之間，所述二級電堆的燃料利用率在50％～95％之間；或，

54、增加所述一級電堆的電流，增加進入所述一級電堆的燃料的流量和所述燃料供應單元為所述二級電堆提供的燃料的流量，增加所述二級電堆的電流，并確保所述一級電堆的燃料利用率在40％～95％之間，所述二級電堆的燃料利用率在50％～95％之間。

55、作為所述燃料電池發(fā)電機組的調(diào)控方法的一個可選方案，降低所述燃料電池系統(tǒng)的功率時，通過控制所述一級電堆的電流和進入所述一級電堆的燃料流量；和/或，通過控制所述二級電堆的電流和進入所述二級電堆的燃料流量，并確保所述一級電堆的燃料利用率在40％～95％之間，所述二級電堆的燃料利用率在50％～95％之間的方法包括：

56、維持所述一級電堆的電流不變，降低進入所述一級電堆的燃料的流量和所述燃料供應單元為所述二級電堆提供的燃料的流量，降低所述二級電堆的電流，并確保所述一級電堆的燃料利用率在40％～95％之間，所述二級電堆的燃料利用率在50％～95％之間；或，

57、降低所述一級電堆的電流，降低進入所述一級電堆的燃料的流量，維持所述二級電堆的電流，并確保所述一級電堆的燃料利用率在40％～95％之間，所述二級電堆的燃料利用率在50％～95％之間；或，

58、降低所述一級電堆的電流，降低進入所述一級電堆的燃料的流量和所述燃料供應單元為所述二級電堆提供的燃料的流量，降低所述二級電堆的電流，并確保所述一級電堆的燃料利用率在40％～95％之間，所述二級電堆的燃料利用率在50％～95％之間。

59、作為所述燃料電池發(fā)電機組的調(diào)控方法的一個可選方案，所述燃料電池系統(tǒng)啟動時，控制所述燃料供應單元供應燃料之前，向所述燃料電池系統(tǒng)內(nèi)的燃料管道內(nèi)通入水蒸氣或惰性氣體進行吹掃。

60、本發(fā)明的有益效果：

61、本發(fā)明提供的燃料電池系統(tǒng)，包括一級燃料電池模組、二級燃料電池模組、燃料供應單元和空氣供應單元，將一級燃料電池模組中的一級電堆中的電解質(zhì)設置為氧離子導體電解質(zhì)，二級燃料電池模組中的二級電堆中的電解質(zhì)設置為質(zhì)子導體電解質(zhì)，燃料供應單元為一級電堆或一級電堆和二級電堆提供燃料，一級電堆反應后的第一燃料尾氣至少部分進入二級電堆內(nèi)?？諝夤獑卧獮橐患夒姸押投夒姸烟峁┛諝猓剂虾涂諝庠谝患夒姸褍?nèi)發(fā)生電化學反應時，氧離子導體電解質(zhì)中的氧離子由第一空氣電極傳導至第一燃料電極與燃料反應，在第一燃料電極表面的氧元素和碳元素的比值高于一級電堆燃料流道的進料口的氧元素和碳元素的比值，能夠保證燃料在第一燃料電極中的擴散分壓和擴散速率，提高了一級電堆中的燃料利用率。二級電堆發(fā)生電化學反應時，質(zhì)子導體電解質(zhì)中的氫離子由第二燃料電極傳導至第二空氣電極與空氣發(fā)生氧化反應生成水蒸氣，而第二燃料電極內(nèi)部不會產(chǎn)生水蒸氣，因此第二燃料電極內(nèi)部的鎳金屬不會被氧化為氧化鎳，避免燃料流道的出料口下游膨脹開裂導致的第二燃料電極衰減。該燃料電池系統(tǒng)不僅提高了燃料利用率，有效地避免了燃料電極的衰減；而且無需增加燃料電池系統(tǒng)的維護成本。

62、本發(fā)明提供的燃料電池發(fā)電機組，應用上述的燃料電池系統(tǒng)，提高了燃料利用率，進而提高了燃料電池發(fā)電機組的發(fā)電效率，而且無需增加維護成本。

63、本發(fā)明提供的燃料電池發(fā)電機組的調(diào)控方法，應用于上述的燃料電池發(fā)電機組，在燃料電池系統(tǒng)啟動和停止運行時，根據(jù)第一空氣電極排出的第一空氣尾氣的溫度和第二空氣電極排出的第二空氣尾氣的溫度控制燃料供應單元提供燃料和停止供應燃料、一級電堆和二級電堆的啟動及電流，并將一級電堆的燃料利用率和二級電堆的燃料利用率在不同階段控制在不同的范圍內(nèi)，實現(xiàn)了對燃料電池系統(tǒng)在不同階段的一級電堆和二級電堆中的燃料利用率的有效控制，進而提高燃料電池系統(tǒng)的燃料利用率，最終提高燃料電池發(fā)電機組的發(fā)電效率。