2022年3月，清华大学主办的开放获取英文国际学术期刊《电气与能源（iEnergy）》正式创刊，由清华大学电机系何金良教授担任主编。iEnergy是一本跨学科学术期刊，刊发电力和能源领域各方面的原创研究，包括电力系统、高电压、电机、电力电子和能源材料、新能源、综合能源等，旨在传播电力和能源领域的前沿科学进展和工程技术，为未来新一代电力和能源系统提供最新的科学和技术进步的传播平台。2022年第1期共刊发3篇新闻与观点文章、1篇短文、4篇综述和4篇原创研究论文。以下为文章内容介绍。

1.作者：EAST团队

题目：中国先进超导托卡马克实验装置再创世界纪录

China’s Experimental Advanced Superconducting Tokamak sets new world record

iEnergy, (2022), 1: 3–3

先进超导托卡马克实验装置

简介：核聚变在研究清洁能源问题方面具有重要的意义，聚变能源被认为是人类未来理想的“终极能源”。然而如何使燃烧等离子体保持足够长的持续时间和高占空比是核聚变能研究的一个重大挑战。超导托卡马克器件能够实现长脉冲工作，但需要对关键技术和物理问题进行综合解决。2021年12月30日晚，中国科学院等离子体物理研究所的先进超导托卡马克（EAST）团队创下了长脉冲操作的记录，实现了稳定的1056秒稳态高温等离子体工作，这一结果标志着EAST成为第一个脉冲长度为千秒的托卡马克，该实验的成功是探索聚变等离子体道路上的一个里程碑。EAST最终目标是创造像太阳一样的核聚变，利用海洋中丰富的氘来提供稳定的清洁能源流。

2. 作者：彭先觉

题目：核能科学中的重要问题

Important issues in the science of nuclear energy

iEnergy, (2022), 1: 4–8

简介：核能发电在技术成熟、经济和可持续性方面具有许多优势。与水电、光伏、风电相比，具有不间断、不受自然条件限制的优点，是一种可以大规模替代化石能源的清洁能源。核能的经济性和高效性可以提供有效的低碳解决方案。然而目前对核能科学中一些问题的认识还存在偏差和不足。来自中国工程物理研究院的彭先觉院士从经济成本、安全性能、能量来源、惯性约束聚变技术选择、磁约束聚变技术等方面对核能的进行了探讨。并指出应逐步确立以核电为主要基载能源的地位，未来能源应该是由输出功率可调的核能和可再生能源组成的共生智能能源系统。

3. 作者：陈新宇, 刘亚星, 张玉欣

题目：碳中和愿景下我国电力系统转型路径

Pathway toward carbon-neutral power systems in China

iEnergy, (2022), 1: 9–10

可再生能源渗透率80%情形下2050年我国不同碳中和情景的脱碳成本

简介：华中科技大学陈新宇教授团队在国际著名期刊Joule上发表了关于我国电力系统如何在本世纪中叶实现碳中和的伟大愿景的最新研究成果。通过开发跨部门、高分辨率的评估模型，量化了不同年份全国各省的能源结构，模拟了各省电力系统的运行情况，阐述了我国电力系统的最优转型路径。研究指出，合理规划对我国电力系统实现碳中和至关重要，同时海上风电开发、省间超高压输电网建设以及电动汽车充电设施布局都将是未来能源转型的关键因素。

1. 作者：郭剑波，马士聪，王铁柱，荆逸然，侯玮琳，徐浩田

题目：双碳目标下中国发展高比例新能源电力系统的挑战

Challenges of developing a power system with a high renewable energy proportion under China’s carbon targets

iEnergy, (2022), 1: 12–18

关键技术路线框图

简介：双碳目标是我国解决资源环境约束、实现可持续发展的重大战略决策，是构建人类命运共同体的重要承诺，是一项艰巨复杂的系统性工程。电力系统是能源转型的中心环节，构建新型电力系统对实现双碳目标具有全局性意义。本文在双碳背景下引出我国未来能源和电力发展场景，并从平衡、安全和市场机制三个方面分析了电力系统发展面临的挑战。进而总结了中国未来电力系统的六个特征，包括变流器和同步机混合发电系统、综合能源系统、弹性系统、信息物理社会系统、复杂巨系统及智慧系统。最后介绍了中国近年来开展的相关研究与实践。

1.作者：黄晓岩，韩璐，杨霄，黄智文，胡军，李琦，何金良

题目：面向下一代电绝缘的智能电介质材料

Smart dielectric materials for next-generation electrical insulation

iEnergy, (2022), 1: 19–49

下一代电绝缘智能仿生电介质材料的生命周期控制

简介：受自然界的启发，有望研究出面向下一代电绝缘的智能仿生电介质材料。这种具有自适应、自报告和自修复功能的电介质可用于避免、诊断和修复材料自身的电气损伤，避免设备故障及其诱发的大规模停电。与传统电介质相比，智能材料的应用不仅提高了电力设备的稳定性和耐用性，而且能降低生产制造成本。本文介绍了电绝缘领域的自适应、自报告和自修复电介质材料的研究现状，以及其他领域对仿生智能电介质聚合物的启发性研究，还简要介绍了这些材料的设计原理、合成方法、作用机理、应用场景和存在的挑战。

2.作者： Zhubing Han, Qing Wang

题目：用于电容器储能的电介质聚合物和复合材料的最新进展

Recent progress on dielectric polymers and composites for capacitive energy storage

iEnergy, (2022), 1: 50–71.

制备交联 P(CTFE-VDF) 薄膜的简便方法相关图片

简介：基于聚合物电介质的电容器对于开发日益复杂、小型化和可持续的电子和电气系统是必不可少的。但是，目前的聚合物电介质的发展受限于相对较低的放电能量密度、效率和较差的高温性能。作者回顾了在室温和高温（≥ 150 °C）下用于电容器储能的高性能聚合物和复合电介质开发的最新进展，通过构建材料的物理特性与其储能能力之间的关系来强调材料开发背后的基本原理，并讨论了挑战和未来的机遇。

3.作者： 刘鹤，程新兵，闫崇，李泽珩，赵辰孜，向荣，袁洪，黄佳琦，Elena Kuzmina, Elena Karaseva, Vladimir Kolosnitsyn，张强

题目：低温金属锂电池的能源化学展望

A perspective on energy chemistry of low-temperature lithium metal batteries

iEnergy, (2022), 1: 72–81

常温和低温条件下锂离子从电解液中迁移到电极表面得到电子转化为锂金属的过程对比

简介：锂枝晶生长严重阻碍了金属锂负极的实际应用，低温下锂离子的传输动力学变慢，枝晶生长更加严重。该展望旨在揭示低温条件下（低于0°C）金属锂负极的能源化学，为提高金属锂电池的低温性能提供依据。（1）通过对比指出金属锂电池相较于传统锂离子电池的低温化学特征，阐明低温金属锂负极的机遇与挑战；（2）从低温条件下锂离子的传输行为和固态电解质界面膜（SEI）特征出发，理解金属锂负极的低温条沉积行为；（3）从电解液设计（低温离子导率和溶剂化结构）和电极/电解液界面调控两个方面总结提高低温锂离子传输速率及抑制枝晶生长的策略。最后展望高性能低温金属锂电池的发展前景和存在挑战。

4.作者：曲荣海，周游，李大伟

题目：电机发展的历史里程碑、当前热点和未来趋势

Milestones, hotspots and trends in the development of electric machines

iEnergy, (2022), 1: 82–99

电机的分类

控制和驱动系统示意图

简介：电机是人类最伟大的发明之一，它实现了电能和机械能的相互转换，把人类带入了电气化时代，极大地促进了社会的进步和发展。本文简要回顾了过去两个世纪在电机领域上的发展，列举了此间重要里程碑并分析了发展背后的驱动力。随着理论的创新、材料的进步以及计算机科学和电力电子器件的突破，电机拓扑不断演化创新。本文不仅对传统电机的基本工作原理和性能特点进行概述，还对新兴类型的电机进行概述。同时，作为电机系统不可忽视的一部分，控制与驱动系统也被补充介绍。在全球减排、工业智能化、交通电气化的大背景下，电机行业再次迎来了新一波的发展时期。在这样的背景下，本文对未来电机的发展趋势进行分析和总结。

1.作者：Slavko Mocevic, Jianghui Yu, Boran Fan, Keyao Sun, Yue Xu, Joshua Stewart, Yu Rong, He Song, Vladimir Mitrovic, Ning Yan, Jun Wang, Igor Cvetkovic, Rolando Burgos, Dushan Boroyevich, Christina DiMarino, Dong Dong, Jayesh Kumar Motwani, Richard Zhang

题目：基于10 kV碳化硅MOSFET的高功率密度高效率模块化中压电力电子变换技术

Design of a 10 kV SiC MOSFET-based high-density, high-efficiency, modular medium-voltage power converter

iEnergy, (2022), 1: 100–113

研发的中压半桥功率单元系统架构图

简介：中压电力电子变换装置在电力系统、舰船推进、高速铁路等领域应用广泛，提高装置的效率和功率密度有重要意义。与传统硅基电力电子装置相比，新型高压碳化硅器件更具潜力和应用前景，然而更严重的电磁干扰和更高的绝缘需求在应用过程中也带来了更大的挑战。来自维吉尼亚理工大学的研究团队在本文中展示了他们在高压碳化硅电力电子模块方面的最新进展，包括高性能的栅极驱动、基于无线电能传输的辅助电源、降低杂散电感的PCB平面直流母排等关键技术。电力电子模块实现了比传统方案更高的功率密度和效率，功率密度达到了11.9 kW/L，效率超过了99%。文章同时介绍了基于该电力电子模块的模块化多电平变换器的相关研究。

2．作者：Danny Pudjianto, Goran Strbac

题目：高比例可再生能源系统下长期电储能的定位与价值

Whole system value of long-duration electricity storage in systems with high penetration of renewables

iEnergy, (2022), 1: 114–123

考虑长期储能的英国电力系统运行模拟

简介：储能是促进可再生能源消纳和支持电力系统脱碳的关键技术之一。在向低碳能源系统转型过程中，如何确定长期电储能的定位并量化其价值，英国帝国理工学院Goran Strbac教授团队提出了一种考虑电氢耦合的能源系统。以英国2050年高比例可再生能源系统下净零排放为背景，分析了不同场景下长期电储能对发电结构、储氢需求和海上风电的影响。研究指出，储能对低碳能源转型具有重要作用，长期储能将有助于能源系统的发展并降低系统成本。

3.作者：姚锐，赵冬博，A. P. Sakis Meliopoulos, Chanan Singh, Joydeep Mitra, 邱峰

题目：基于灵活准稳态和动态半解析仿真引擎的长期仿真方法

Advanced extended-term simulation approach with flexible quasisteady-state and dynamic semi-analytical simulation engines

iEnergy, (2022), 1: 124–132

长期模拟流程图

简介：随着电力系统演变为复杂的系统，其相互依赖性越来越强，在各种时间尺度上的动态行为越来越丰富，许多电力系统分析任务（如弹性分析、可再生能源整合以及级联故障）都需要进行长期模拟，因此迫切需要高效、稳健的长期模拟方法。传统的方法不足以处理多时间尺度过程的长期仿真。本文提出了一种基于半解析仿真（SAS）方法的长期仿真方法。得益于SAS在事件驱动仿真中的高精确度、更大的自适应时间步长以及在全动态和准稳态（QSS）模型之间的灵活切换等特性，本方法的准确性和计算效率相比传统方法均具有优势。测试案例表明，所提出仿真方法具有令人满意的准确性和效率，可以用来模拟复杂的电力系统过程，如电网恢复、级联故障和停电等。

4.作者：吴东奇，Rayan El Helou，谢乐

题目：面向配电系统的人工智能多尺度仿真分析平台

Towards an AI-friendly cross-time-scale simulation and analysis platform for electric distribution systems

iEnergy, (2022), 1: 133–140

人工智能配网仿真分析平台概念示意图

简介：电力系统脱碳不仅迫使发电侧对电源结构进行改善，同时激励配电侧采用新技术以适应低碳能源转型。如何分析大量能源终端用户与配电网运营商之间的互动，美国德州农工大学谢乐教授团队设计开发了一种面向配电系统的综合仿真分析平台——AI4Dist。AI4Dist平台能够将现有人工智能及机器学习包等工具集成纳入到配电系统模拟中，支持从市场到瞬态的跨时间尺度模拟。AI4Dist为具有不同专业知识背景的学者研究配电系统提供了一个综合分析平台。

（文章的解读仅代表iEnergy学术编辑观点，实际情况以原文为准）

iEnergy 2022年第1期

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