实验室于2004年12月获教育部批准立项，2006年12月通过建设验收。历届实验室主任由刘吉臻院士、徐鸿教授、杜小泽教授和徐进良教授担任。历届学术委员会主任和副主任由黄其励院士、苏万华院士、何雅玲院士、杨勇平教授担任。

实验室定位于为我国安全、高效、清洁、先进发电动力系统提供专业人才、科技成果支撑；聚焦关键科学技术问题，依托动力工程及工程热物理学科，并与控制科学与工程、机械工程、材料科学与工程、环境科学与工程的多学科交叉融合，凝炼出“高效低碳火力发电”、“新能源多能互补与储能”和“电站监控与智能化”三个研究方向，取得了一批代表性研究成果，使实验室成为相关学科领域的高端科学研究基地，引领学科发展方向。实验室团队提出了燃煤发电机组能耗协同调控方法，发展了燃煤发电系统节能理论，并攻克了安全高效空冷、全工况低能耗脱硝等关键技术，实现了规模化工程应用。

近5年来，实验室“能量传递转化与高效动力系统”研究团队入选国家自然科学基金创新研究群体；实验室作为牵头单位，承担1项国家重大专项项目、1项国家自然科学基金重大项目、6项国家重点研发计划项目和重大仪器专项；在大型火电机组能耗时空分布、太阳能与燃煤互补利用、重金属和污染物脱除、超临界机组控制系统、热电联产、CO2动力循环等方向取得重要突破，获国家科技进步二等奖2项。获批清洁高效燃煤发电教育部集成攻关大平台。

实验室通过“开放、流动、竞争”的运行机制，建设优良的研究环境，汇聚校内相关学科的优秀人才。近5年来，主办和承办国际、国内大型学术会议17次；近百人次在国内外重要学术机构和期刊任职；组织制定国家及行业标准22余项。圆满完成了煤的清洁转化与高效利用“111”引智基地建设，并新获批氢能的安全高效利用“111”引智基地，与国际能源领域30多个知名研究机构数十名院士、近百位国际学术大师形成了稳定合作关系。