可再生能源流动涉及自然现象，如阳光，风，潮汐，植物生长和地热，正如国际能源机构解释的那样：
可再生能源来自不断补充的自然过程。 它以各种形式直接来自太阳，或来自地球深处产生的热量。 定义中包括太阳能，风能，海洋能，水能，生物质能，地热资源和生物燃料产生的电和热以及可再生资源产生的氢。
概观
可再生能源存在于广泛的地理区域，而其他能源则集中在少数几个国家。 可再生能源的快速部署和能源效率正在带来显着的能源安全，减缓气候变化和经济效益。 最近对文献进行审查的结果得出结论认为，由于温室气体（GHG）排放者对温室气体排放导致的气候变化造成的损害承担责任，因此降低责任的高价值将为部署可再生能源技术提供强大的动力。 在国际民意调查中，人们强烈支持推广太阳能和风能等可再生能源。 在国家层面，全球至少有30个国家已经拥有可再生能源，占能源供应的20％以上。 预计未来十年及以后，国家可再生能源市场将继续强劲增长。 一些地方和至少两个国家，冰岛和挪威已经使用可再生能源生产所有电力，而且许多其他国家的目标是在未来达到100％的可再生能源。 例如，在丹麦，政府决定到2050年将总能源供应（电力，流动性和供暖/制冷）转换为100％可再生能源。
与其他能源集中在少数几个国家的能源相比，可扩展的能源资源和能源效率的重要机会存在于广泛的地理区域。 快速部署可再生能源和能源效率以及能源技术多样化将带来显着的能源安全和经济效益。 它还将减少环境污染，例如燃烧化石燃料造成的空气污染，改善公众健康，减少因污染造成的过早死亡，并且每年仅在美国节省数千亿美元的相关医疗费用。 直接或间接从太阳获取能量的可再生能源，如水力和风力，预计能够为人类提供近10亿年的能量，此时预计太阳能增加的热量预计会使地球表面过热而不能存在液态水。
气候变化和全球变暖问题，加上高油价，石油峰值以及政府支持的增加，正在推动可再生能源立法，激励措施和商业化的增加。 新的政府支出，监管和政策帮助该行业比其他许多行业更好地度过了全球金融危机。 根据国际能源署2011年的预测，太阳能发电机可在50年内生产世界上大部分的电力，减少对环境有害的温室气体排放。
截至2011年，小型太阳能光伏系统为数百万户家庭提供电力，配置为微型电网的微型水电站可提供更多服务。 超过4400万家庭使用家用沼气池生产的沼气进行照明和/或烹饪，超过1.66亿户家庭依赖新一代更高效的生物质炉灶。 联合国秘书长潘基文表示，可再生能源有能力将最贫穷的国家提升到新的繁荣水平。 在国家层面，全球至少有30个国家已经拥有可再生能源，占能源供应的20％以上。 预计未来十年及以后国家可再生能源市场将继续强劲增长，约120个国家对可再生能源的长期份额有各种政策目标，包括到2020年为欧盟产生的所有电力的20％目标一些国家有更高的长期政策目标，即高达100％的可再生能源。 在欧洲以外，由20个或更多其他国家组成的多元化集团在2020 – 2030年期间将可再生能源份额定为10％至50％。
可再生能源通常取代传统燃料在四个方面：发电，热水/空间供暖，运输和农村（离网）能源服务：
市场和行业趋势
在美国，可再生能源在创造就业机会方面比煤炭或石油更有效。
可再生能源的增长
从2004年底开始，许多技术的全球可再生能源产能每年以10-60％的速度增长。 2015年，全球可再生能源投资增长5％，达到2859亿美元，打破了2011年2785亿美元的历史纪录。2015年也是第一年，不包括大型水电在内的可再生能源占所有新增电力容量的大部分（134吉瓦，占总数的53.6％）。 在可再生能源总量中，风能占72吉瓦，太阳能光伏发电占56吉瓦; 这两项数据均创下历史新高，与2014年的数字相比大幅上升（分别为49吉瓦和45吉瓦）。 在财务方面，太阳能占新投资总额的56％，风能占38％。
预测各不相同。 环境影响评估预测，由于当地污染，脱碳和能源多样化的综合政策效益，到2020年将近三分之二的电力净增加量将来自可再生能源。 一些研究已经提出了到2030年为风能，水力发电和太阳能提供100％全球能源的路线图。
根据国际能源署2011年的预测，太阳能发电机可在50年内生产世界上大部分的电力，减少对环境有害的温室气体排放。 国际能源署可再生能源部高级分析师塞德里克·菲利贝尔说：“到2060年，光伏和太阳能热电厂可以满足世界大部分的电力需求 – 占所有能源需求的一半 – 风能，水电和生物质能发电厂供应更多其余一代“。 Philibert说：“光伏和聚光太阳能一起成为主要的电力来源”。
2014年，全球风电装机容量增长16％至369,553兆瓦。 每年风能生产也在快速增长，已达到全球用电量的4％左右，欧盟为11.4％，并在亚洲和美国广泛使用。 2015年，全球安装的光伏发电容量增加到227千兆瓦（GW），足以满足全球1％的电力需求。 太阳能热能站在美国和西班牙运营，截至2016年，其中最大的是加利福尼亚的392兆瓦伊万帕太阳能发电系统。 世界上最大的地热发电装置是加利福尼亚州的间歇泉，额定容量为750兆瓦。 巴西拥有世界上最大的可再生能源项目之一，涉及从甘蔗生产乙醇燃料，乙醇现在提供该国18％的汽车燃料。 乙醇燃料在美国也很普遍。
截至2018年，美国电力公司正在计划新的或额外的可再生能源投资。 由于2017年的“减税和就业法”签署成为法律，这些投资特别针对太阳能。 法律保留了对可再生能源发展的激励。 公用事业公司正在利用联邦太阳能投资税收抵免，然后在2021年之后永久降至10％。根据3月28日S＆P全球市场情报报告摘要，“NextEra Energy Inc.，Duke Energy Corp.和Dominion Energy Inc该公司的公用事业公司是该行业的一些公司，计划在短期内进行大规模的太阳能投资。其他公司，包括Xcel Energy Inc.和Alliant Energy Corp.，近期正在进行大型风电项目，但是考虑在未来几年增加太阳能投资。“
经济趋势
可再生能源技术通过技术变革以及大规模生产和市场竞争的好处变得越来越便宜。 2011年IEA报告称：“可再生能源技术组合在越来越广泛的情况下变得具有成本竞争力，在某些情况下提供投资机会而无需特定的经济支持”，并补充说“关键技术的成本降低”如风能和太阳能，将继续下去。“
在有利地点生产的水电和地热电力现在是最便宜的发电方式。 可再生能源成本持续下降，风电，太阳能光伏（PV），聚光太阳能（CSP）和一些生物质技术的平均电力成本（LCOE）正在下降。 可再生能源也是资源良好地区新建并网能力的最经济的解决方案。 随着可再生能源成本的下降，经济上可行的应用范围也在增加。 可再生技术现在通常是新发电容量的最经济的解决方案。 如果“燃油发电是主要的发电源（例如在岛屿，离网和一些国家），那么低成本的可再生能源解决方案几乎总是存在于今天”。 美国国家可再生能源实验室进行的一系列研究模拟了“美国西部电网在许多不同情况下的电网，间歇性可再生能源占总电力的33％”。 在这些模型中，循环化石燃料电厂以补偿太阳能和风能的变化效率低下导致额外成本“每兆瓦时产生0.47美元至1.28美元”; 然而，节省燃料成本的节省“增加了70亿美元，这意味着增加的成本最多只能节省2％。”
水电
世界上估计只有四分之一的水力发电潜力为14,000 TWh /年，全球水电增长的区域潜力为71％欧洲，75％北美洲，79％南美洲，95％非洲，95％ ％中东，82％亚太地区。 然而，西方国家新水库的政治现实，第三世界的经济局限以及未开发地区缺乏传输系统，导致在2050年之前可能发展25％的剩余潜力，其中大部分是在亚太地区。 西部各县的增长缓慢，但过去没有传统的大坝和水库风格。 新项目采用河流和小水电的形式，既不使用大型水库。 重建老水坝是很受欢迎的，从而提高了它们的效率和容量，以及更快的电网响应能力。 在情况允许的情况下，现有的水坝，例如1985年建造的罗素大坝，可以使用“泵回”设施更新，用于抽水蓄能，这对于高峰负荷或支持间歇性风能和太阳能有用。 加拿大和挪威等拥有大型水电开发项目的国家正在花费数十亿美元扩大其电网，以便与水电有限的邻国进行贸易。
风电发展
风力发电在欧洲，中国和美国广泛使用。 从2004年到2014年，全球风电装机容量从47吉瓦增加到369吉瓦 – 10年内增长了7倍多，2014年全球装机创新纪录（51吉瓦）。 截至2014年底，中国，美国和德国合计占全球总产能的一半。 其他几个国家的风电渗透率相对较高，例如丹麦固定电力产量的21％，葡萄牙的18％，西班牙的16％，爱尔兰的14％，并且此后继续扩大其装机容量。 全球有80多个国家在商业基础上使用风力发电。
海上风电
截至2014年，海上风电总量达到8,771兆瓦的全球装机容量。 虽然海上运力在三年内翻了一番（2011年为4,117兆瓦），但仅占风电总容量的2.3％。 英国是无可争议的海上电力领导者，世界上一半的装机容量领先于丹麦，德国，比利时和中国。
太阳能热
美国在光伏和聚光太阳能方面进行了早期研究。 美国是世界上太阳能发电量最大的国家之一，世界上最大的公用事业规模设施位于西南沙漠。
世界上最古老的太阳能热电厂是加利福尼亚州的354兆瓦（MW）SEGS火力发电厂。 Ivanpah太阳能发电系统是位于拉斯维加斯西南40英里（64公里）的加州莫哈韦沙漠的太阳能热发电项目，总容量为377兆瓦。 280兆瓦的索拉纳发电站是位于亚利桑那州吉拉本德附近的一座太阳能发电厂，距离凤凰城西南约70英里（110公里），于2013年竣工。投产后，它是世界上最大的抛物槽工厂和美国第一座太阳能发电厂。用熔盐热能储存。
太阳能热发电行业正在快速增长，2012年正在建设1.3吉瓦，并且计划更多。 西班牙是太阳能热发电的中心，正在建设873兆瓦，还有271兆瓦正在开发中。 在美国，已宣布了5,600兆瓦的太阳能热电项目。 在美国西南部的莫哈韦沙漠建造了几座发电厂。 Ivanpah太阳能发电设施是最新的。 在发展中国家，已经批准了三个世界银行在埃及，墨西哥和摩洛哥的综合太阳能热/联合循环燃气轮机发电厂项目。
光伏发展
光伏（PV）使用太阳能电池组装成太阳能电池板，将太阳光转化为电能。 这是一项快速发展的技术，每两年将其全球装机容量翻一番。 光伏系统的范围从小型，住宅和商业屋顶或建筑一体化装置，到大型公用事业规模的光伏电站。 主要的光伏技术是晶体硅，而薄膜太阳能电池技术占全球光伏部署的约10％。 近年来，光伏技术提高了发电效率，降低了每瓦特的安装成本以及能源回收时间，并且到2014年已经在至少30个不同的市场达到了电网平价。金融机构正在预测第二个太阳能“黄金”赶紧“在不久的将来。
截至2014年底，全球光伏发电容量至少达到177,000兆瓦。 光伏发电在中国发展最快，其次是日本和美国，而德国仍然是世界上最大的光伏发电总体生产国，占整体发电量的7.0％左右。 意大利通过光伏发电满足其电力需求的7.9％ – 这是全球最高的份额。 2015年，全球累计容量预计将增加50千兆瓦（GW）以上。 到2018年，全球容量预计将达到430千兆瓦。 这相当于五年内的三倍。 到2050年，太阳能发电预计将成为世界上最大的电力来源，太阳能光伏发电和聚光太阳能发电量分别占16％和11％。 这需要将装机容量增加到4,600吉瓦，其中一半以上预计将在中国和印度部署。
光伏电站
商业集中太阳能发电厂最早是在20世纪80年代开发的。 随着太阳能发电成本的下降，并网太阳能光伏系统的数量已经增长到数百万，正在建设数百兆瓦的公用事业规模的太阳能发电站。 太阳能光伏正在迅速成为利用太阳能可再生能源的廉价低碳技术。
许多太阳能光伏电站已经建成，主要在欧洲，中国和美国。 美国的579兆瓦太阳能星是世界上最大的光伏电站。
这些工厂中的许多都与农业相结合，有些使用跟踪系统，这些跟踪系统遵循太阳在天空中的日常路径，比固定安装系统产生更多电力。 在发电站运行期间没有燃料成本或排放。
然而，当谈到可再生能源系统和光伏发电时，重要的不仅仅是大型系统。 建筑一体化光伏或“现场”光伏系统使用现有的土地和结构，并在靠近消耗的地方产生电力。
生物燃料发展
2010年，生物燃料占世界运输燃料的3％。混合生物燃料的任务在全国31个国家和29个州/省份存在。 据国际能源机构称，到2050年，生物燃料有望满足世界对运输燃料需求的四分之一以上的需求。
自20世纪70年代以来，巴西开始实施乙醇燃料计划，使该国成为世界第二大乙醇生产国（仅次于美国），并成为世界上最大的出口国。 巴西的乙醇燃料计划使用现代化的设备和廉价的甘蔗作为原料，剩余的甘蔗废物（甘蔗渣）用于产生热量和动力。 巴西不再有使用纯汽油的轻型车辆。 到2008年底，巴西有35,000个加油站，至少有一个乙醇泵。 不幸的是，洗车行动严重侵蚀了公众对石油公司的信任，并牵连了几位巴西高级官员。
今天在美国销售的几乎所有汽油都含有10％的乙醇，而汽车制造商已经生产出设计用于运行更高乙醇混合物的汽车。 福特，戴姆勒股份公司和通用汽车公司是销售“灵活燃料”汽车，卡车和小型货车的汽车公司之一，这些公司可以使用汽油和乙醇混合物，从纯汽油到85％乙醇。 到2006年中期，美国道路上大约有600万辆乙醇兼容车辆。
地热开发
地热能具有成本效益，可靠，可持续和环保，但历史上仅限于构造板块边界附近的区域。 最近的技术进步扩大了可行资源的范围和规模，特别是对于家庭供暖等应用，开辟了广泛开发的潜力。 地热井释放出深埋在地下的温室气体，但每个能源单位的排放量远远低于化石燃料。 因此，如果广泛部署代替化石燃料，地热能有可能有助于缓解全球变暖。
国际地热协会（IGA）报告称，24个国家的10,715兆瓦地热发电在线，预计2010年将产生67,246吉瓦时的电力。自2005年以来，地热发电在线容量增加了20％。由于目前正在考虑的大量项目，通常在以前被认为几乎没有可开采资源的地区，到2015年将增加到18,500 MW。
2010年，美国在地热发电方面处于世界领先地位，拥有来自77家发电厂的3,086兆瓦的装机容量; 世界上最大的地热发电厂集团位于加利福尼亚州的地热田The Geysers。 菲律宾跟随美国成为世界第二大地热发电生产国，在线容量为1,904兆瓦; 地热能约占该国发电量的18％。
发展中国家
可再生能源技术有时被评论家视为昂贵的奢侈品，只有富裕的发达国家才能负担得起。 这种错误的观点持续了很多年，但2015年是非水电可再生能源投资的第一年，发展中国家投资额高达1560亿美元，主要集中在中国，印度和巴西。
可再生能源特别适合发展中国家。 在农村和偏远地区，化石燃料产生的能量的传输和分配可能是困难且昂贵的。 在当地生产可再生能源可以提供可行的替代方案。
技术进步为太阳能开辟了一个巨大的新市场：全球约13亿人无法获得电网供电。 虽然他们通常非常贫穷，但这些人必须为富裕国家的人们支付更多的费用，因为他们使用效率低的煤油灯。 太阳能发电的成本是煤油照明的一半。 截至2010年，估计有300万户家庭从小型太阳能光伏系统获得电力。 肯尼亚是人均安装的太阳能发电系统数量的世界领先者。 每年在肯尼亚销售超过30,000个非常小的太阳能电池板，每个电池板的功率为12至30瓦。 一些小岛屿发展中国家（SIDS）也在转向太阳能发电以降低成本并提高其可持续性。
配置为微型电网的微型水电也可提供电力。 超过4400万家庭使用家用沼气池生产的沼气进行照明和/或烹饪，超过1.66亿户家庭依赖新一代更高效的生物质炉灶。 来自可再生原料的清洁液体燃料用于发展中国家能源贫乏地区的烹饪和照明。 酒精燃料（乙醇和甲醇）可以从非食品含糖，淀粉和纤维素原料中可持续地生产。 Project Gaia，Inc。和CleanStar Mozambique正在埃塞俄比亚，肯尼亚，尼日利亚和莫桑比克实施带有液态乙醇炉的清洁烹饪计划。
许多发展中国家的可再生能源项目已经证明，可再生能源可以通过提供创造企业和就业所需的能源直接促进减贫。 可再生能源技术还可以通过为烹饪，空间供暖和照明提供能源，为减轻贫困做出间接贡献。 可再生能源也可以通过向学校提供电力来促进教育。
行业和政策趋势
美国总统巴拉克•奥巴马（Barack Obama）2009年的“美国复苏与再投资法案”（American Recovery and Reinvestment Act）包括超过700亿美元的清洁能源和相关运输项目的直接支出和税收抵免。 领先的可再生能源公司包括First Solar，Gamesa，GE Energy，Hanwha Q Cells，Sharp Solar，Siemens，SunOpta，Suntech Power和Vestas。
许多国家，州和地方政府也建立了绿色银行。 绿色银行是一个准公共金融机构，利用公共资本来利用私人投资清洁能源技术。 绿色银行使用各种金融工具来弥合阻碍清洁能源部署的市场差距。
军方还专注于为军用车辆使用可再生燃料。 与化石燃料不同，可再生燃料可以在任何国家生产，从而创造战略优势。 美国军方已承诺将50％的能源消耗来自其他来源。
国际可再生能源机构（IRENA）是一个促进全球可再生能源采用的政府间组织。 它旨在提供具体的政策建议，促进能力建设和技术转让。 IRENA于2009年1月26日成立，共有75个国家签署了IRENA章程。 截至2010年3月，IRENA有143个成员国，均被视为创始成员，其中14个国家也批准了该法规。
截至2011年，119个国家拥有某种形式的国家可再生能源政策目标或可再生支持政策。 目前至少有98个国家存在国家目标。 州/省和地方也有各种各样的政策。
联合国秘书长潘基文表示，可再生能源有能力将最贫穷的国家提升到新的繁荣水平。 2011年10月，他“宣布成立一个高级别小组，以支持能源获取，能源效率和更多地使用可再生能源。该小组将由联合国能源部主席Kandeh Yumkella共同主持。联合国工业发展组织总干事，美国银行董事长查尔斯霍利迪“。
100％可再生能源
全球变暖以及其他生态和经济问题促使人们使用100％可再生能源，电力，运输甚至全球一次能源供应的动力。 政府间气候变化专门委员会表示，整合可再生能源技术组合以满足全球总体能源需求的基本技术限制很少。 可再生能源的使用增长速度远远超过了拥护者的预期。 在国家层面，全球至少有30个国家已经拥有可再生能源，占能源供应的20％以上。 此外，S. Pacala教授和Robert H. Socolow教授开发了一系列“稳定楔子”，使我们能够在避免灾难性气候变化的同时保持我们的生活质量，而“可再生能源”总体而言构成了最大数量他们的“楔子”。
在丹麦物理学家BentSørensen于1975年发表的科学论文中首次提出了使用100％可再生能源。 随后是其他几项提案，直到1998年才公布了对可再生能源份额非常高的情景的第一次详细分析。 接下来是第一个详细的100％场景。 2006年，Czisch发表了博士论文，其中表明，在100％可再生的情况下，能源供应可以匹配欧洲和北非一年中每小时的需求。 同年，丹麦能源教授Henrik Lund发表了第一篇论文，阐述了可再生能源的最佳组合，随后又发表了几篇关于向丹麦100％可再生能源过渡的论文。 从那以后，隆德一直在发表几篇关于100％可再生能源的论文。 2009年之后，出版物开始急剧上升，为欧洲，美国，澳大利亚和世界其他地区的国家提供了100％的情景。
2011年，斯坦福大学土木与环境工程教授Mark Z. Jacobson和Mark Delucchi在能源政策期刊上发表了一项关于100％可再生全球能源供应的研究。 他们发现，到2030年，通过风力发电，太阳能发电和水力发电生产所有新能源是可行的，现有的能源供应安排可以在2050年取代。实施可再生能源计划的障碍被视为“主要是社会和政治，而不是技术或经济”。 他们还发现，风能，太阳能，水系统的能源成本应与当今的能源成本相似。
同样，在美国，独立的国家研究委员会已经注意到“存在足够的国内可再生资源，使可再生电力在未来的发电中发挥重要作用，从而有助于解决与气候变化，能源安全和升级相关的问题。能源成本……可再生能源是一个具有吸引力的选择，因为美国可用的可再生资源集体供应的电力可以比当前或预计的国内需求提供更多的电力。
广泛实施大规模可再生能源和低碳能源战略的最大障碍主要是政治性而非技术性。 根据回顾许多国际研究的2013年后碳信息通路报告，主要障碍是：拒绝气候变化，化石燃料游说，政治无所作为，不可持续的能源消耗，过时的能源基础设施和财政限制。
辩论
风能和太阳能等来源的可再生电力生产有时被批评为可变或间歇性的，但对于具有连续性的集中式太阳能，地热和生物燃料则不然。 无论如何，国际能源机构已经表示，可再生技术的部署通常会增加电力来源的多样性，并通过当地发电，有助于提高系统的灵活性和抵御中心冲击。
“不在我的后院”（NIMBY）一直关注一些风电场的视觉和其他影响，当地居民有时会打架或阻碍施工。 在美国，马萨诸塞州Cape Wind项目被推迟了多年，部分原因在于审美问题。 但是，其他地区的居民更积极。 根据镇议员的说法，绝大多数当地人认为苏格兰的Ardrossan风电场增强了该地区。
英国政府最近的一份文件指出，“如果项目得到广泛的公众支持和当地社区的同意，项目通常更有可能取得成功。这意味着给予社区既有利也有利益”。 在德国和丹麦等国家，许多可再生能源项目由社区拥有，特别是通过合作社结构，并对可再生能源部署的总体水平做出了重大贡献。
可再生能源技术市场持续增长。 气候变化问题和绿色工作的增加，加上高油价，石油峰值，石油战争，石油泄漏，电动汽车和可再生电力的推广，核灾难和政府支持的增加，正在推动可再生能源立法，激励措施和商业化的增加。 新的政府支出，监管和政策帮助该行业比其他许多行业更好地度过了2009年的经济危机。
虽然可再生能源在其不断增长的电力贡献方面取得了巨大的成功，但没有一个国家以化石燃料为主导，他们有计划停止并通过再生能源获得这种能源。 只有苏格兰和安大略省停止燃煤，主要原因是天然气供应良好。 在运输领域，化石燃料更加根深蒂固，难以找到解决方案。 目前尚不清楚政策或可再生能源是否出现问题，但“京都议定书”化石燃料仍然是我们的主要能源并且消费量持续增长20年之后。