2018年11月15日，美国能源部先进能源研究计划署（ARPA-E）宣布资助9800万美元用于变革性能源技术开发^[1]，旨在整合美国顶尖的能源创新者（科学家、工程师等）研究力量，促进颠覆性能源技术的创新，以改进能源系统，保障美国能源安全和全球能源主导地位。本次资助涵盖了包括集中式发电、分布式发电、电网储能、制造效率等在内的九大技术主题。

　　1、集中式发电

　　开发先进的等离子制动器和控制装置，以减少风力涡轮机叶片的空气动力负荷，促进下一代更大（20兆瓦），更智能的风力涡轮机的发展；开发具有可控直流输出功能的兆瓦级发电机；开发剪切流动稳定Z箍缩聚变反应堆的电极。

　　2、分布式发电

　　利用拓扑算法开发分布式能源（DER）系统模型，进而开发出最佳的DER控制策略，改变现有配电系统的运行模式，从今天的无功、负载服务和停电缓解为重点的方式转变为主动的负载和停电管理方式；设计自动、弹性、网络安全的变电站保护和控制的系统；制定负荷控制策略，以提高电网可靠性，从而可以应对高比例DER的集成并网。

　　3、发电效率

　　将氮化镓（GaN）电路和永磁体结合起来开发微型核磁共振系统，用于探测和分析地下石油勘探和生产中的成分和环境信息；开发低能耗、超高效、高速的光互连技术，用于在高性能计算系统和数据中心数据传输；开发受控镁离子扩散的P型氮化镓半导体制造工艺，以加速GaN功率器件发展；开发具有记录低电阻功能的新型碳化硅（SiC）功率金属氧化物半导体场效应管；开发新型极热流量微型冷却器，提升散热性能降低器件温度，以提高微处理器和电力电子产品的可靠性和性能；为SiC功率集成电路开发可扩展、可制造和稳健的技术；开发低功耗，低成本的频率稳定的相干光学低能波分复用直流互连技术，以克服超大规模数据中心的出现以及与全球数据流量指数增长相关所带来的功率和带宽扩展限制；创造“纳米声学”热电装置，实现热流高效转化为电能，减少能量的耗散损失。

　　4、电网

　　开发全新的变压器材料，让变压器尺寸减少50%，同时发电效率至少提高10%；开发革命性的变压器油聚合物添加剂增加远离变压器绕组（线圈）的热传导；开发可实现100%可再生能源发电的可靠的电力运行系统；开发网络负载管理框架，这个框架可快速识别社区单元，以支持电网基础设施实现超快协调管理；开发使用环境同步相量数据进行灵敏报警的持久性电表。

　　5、电网级别储能

　　开发基于新型热力循环的先进泵送式热电储存系统；开发基于多结光伏器件的高温（大于2000°C）光热转换系统，并建造小型千瓦级示范电站。

　　6、生产效率

　　将开发更有效的以氨为原料的生成高纯度氢气制备工艺，用于燃料电池加氢站；采用高导电、高表面积的热交换器开发新型的近等温压缩机，实现40%的能耗节约；开发固态电解质的电化学反应装置，其利用可再生能源电力实现将空气和氢气转化成氨气；开发基于光催化的氨气到氢气反应器，减少能耗；开发由高度坚固的氧化石墨烯片制成的新型高选择性和高通量膜来取代能源密集型传统工业化学分离工艺，高选择性和高通量将工业分离过程的能耗降低至90%，总成本降低50%。

　　7、交通运输能源转换

　　开发适用于混合电动汽车应用的对置活塞发动机，最大限度地减少传统内燃机中典型的能量损失；开发从静止电极到旋转电极的可靠、无接触电流传输机制，这种机制允许直流电机、马达和发电机实现前所未有的功率和扭矩密度；开发内部冷却永磁电机的新方法，提高电动机的功率密度，减小系统尺寸和重量，还将开发宽带隙电力电子封装方法以实现更高温度下的高功率密度操作；开发模块化超稳定碱性离子交换膜，提升燃料电池性能；新型聚合物增强型可充电铝碱电池技术；开发乙醇燃料汽车用的金属支撑的固体氧化物燃料电池（MS-SOFC）技术；设计和演示用于混合动力和增程器应用的电气化全功能对置活塞四冲程发动机；开发廉价丰富的纳米结构复合材料取代传统的镍和钴基阴极材料（接近其理论性能极限），以提高电池的能量密度，同时降低成本；开发无需预先加热和加湿进入的燃料流、能够在80°C～230°C的中低温度范围工作的聚合物燃料电池，作为动力源用于电动汽车；开发基于可充电锂电池的低成本，易于集成且可靠的电网储能系统；开发氢氧化物交换膜燃料电池。

　　8、交通运输燃料

　　开发新的高效工艺，将海洋大型海藻转化为包括生物燃料在内的多种生物基产品。

　　9、车辆

　　发展可以取代传统汽车行业的钢铁材料的高强度、高韧性的“超级木材”，将车辆制造成本降低10%～20%；探索轻质结构金属零件的制造工艺，提高车辆能源效率。                             （郭楷模）