可再生能源不需要人力参与便会自动再生，是相对于会穷尽的非再生能源的一类清洁能源，对环境无害或危害极小，而且分布广泛，适宜就地开发利用，主要包括太阳能、水能、风能、海洋能、生物质能、地热能等。

在19世纪中叶煤炭发展之前，人类所有使用的能源都是可再生能源。中国古代很早就应用可再生能源：利用风车磨粉、利用高山流水带动水车臼米、利用水流运输木材、利用阳光烘干食品。随着工业革命后大机器和自动化机器的发明和使用，太阳能、风能等可再生能源无法满足这些机器转动所需能量，煤炭和石油等化石能源基本成了能源利用的主要来源。随着全球能源危机和环境压力的加大，可再生能源开始重新得到重视。

人类可以利用的最丰富的能源，包括太阳能热利用和太阳能光伏发电两个领域。太阳能热利用具有广泛应用范围，如太阳能暖房，而真空管太阳能热水器的发明，进一步突破了太阳能热利用发展。人类热利用太阳能已有3000多年的历史，但将太阳能作为一种能源和动力加以利用，只有300多年的历史。近代太阳能利用历史可以从1615年法国工程师在世界上发明第一台太阳能驱动的发动机算起。通过太阳能发电是太阳能大规模利用的开始，可以追溯到19世纪30年代。20世纪50年代，太阳能利用领域出现了两项重大技术突破，为太阳能利用进入现代发展时期奠定了技术基础：1945年，美国贝尔实验室制造出了世界上第一块实用的硅太阳能电池，开创了现代人类利用太阳能的新纪元；1955年，以色列科学家提出选择性吸收表面概念和理论，成功研制太阳光谱选择性吸收涂层。而真正将太阳能作为“近期急需的补充能源”和“未来能源结构的基础”，则是20世纪90年代的事。

太阳能光伏发电是太阳的辐射能光子通过半导体材料转变成电能。太阳电池是能源技术领域发展最快的行业，20世纪50年代，单晶硅太阳电池的光电转换效率只有6%，而现在已提高到24%以上，非晶硅电池转换效率也已提高到19%。随着成本降低和效率提高，全世界光伏电池产量从2010年的39.6吉瓦增加到2018年的480.36吉瓦，其中中国累计光伏装机176.1吉瓦，是全球装机规模最大的国家。

太阳电池作为电源最早应用在人造卫星和太阳系探测飞船上。1958年，美国发射了第一颗用太阳能供电的“先锋1号”卫星。现在太阳电池的应用范围已扩大到地面，在太阳能资源丰富的区域铺设大面积的太阳能光电板，可实现规模化生产太阳能电力。在建筑物屋顶和外墙上安装太阳能光电板，实现建筑物太阳能发电供电自给。此外太阳电池还可应用于汽车、飞机、照明等诸多领域。

人类最早利用的能源之一。早期仅将水能转化为机械能，到了18世纪，随着工业的发展，逐渐发展成大型工业的动力。19世纪末，高压输电技术、水力交流发电机发明以后，水电站逐渐发展起来，水能才被大规模开发。现代，利用水力发电已极为普遍，世界上大多数国家都将发展水电放在首位。

中国是水能资源丰富的国家之一，水能资源蕴藏量达6.8亿千瓦，经济可开发的水能资源量为4亿千瓦。截至2018年底，中国水电装机容量达到了3.52亿千瓦，年发电量1.23亿千瓦·时，分别占中国电力装机容量和年发电量的18.5%和17.6%，占全球的27%和28%，继续稳居世界第一。水电是中国可开发程度最高、技术相对成熟的清洁可再生能源，发展水电是保证中国能源可持续供应的重要举措之一。

应用最古老的能源。风能的利用已经有数千年的历史，中国是最早使用帆船和风车的国家之一，至少在3000年前的商代就出现了帆船。在蒸汽机发明以前，风力机械曾是重要的动力支柱，而利用风力提水一直延续到20世纪50年代。19世纪末，丹麦人首先发明了风力发电机，并于1891年建成世界上第一座风力发电站。20世纪70年代以后，风力发电进入了一个蓬勃发展的阶段，全球范围内建立了许多大型风电场。

全球风能资源极为丰富，蕴藏量巨大，分布在几乎所有的地区和国家。风电属于技术最成熟、价格最有竞争力的可再生能源，风力发电对于实现碳减排潜力巨大。中国10米高度层的风能资源总储量为32.26亿千瓦，其中实际可开发利用的风能资源储量为2.53亿千瓦，东南沿海及其岛屿为中国最大风能资源区，沿海岛屿风能密度超过300瓦/平方米，有效风力出现时间百分率达80%～90%。截至2018年，全球风电累计装机591吉瓦，其中海上风电累计装机23吉瓦。中国陆上风电累计装机206吉瓦，陆上和海上累计装机210.6吉瓦，成为世界首个陆上风电总装机超过200吉瓦的国家。

海洋中蕴藏着极为丰富的能源，包括潮汐能、波浪能、海流能、温差能和盐差能。利用海洋能的历史记载可以追溯到11世纪左右，人类开始利用潮汐为磨坊提供动力。20世纪初，欧洲开始利用潮汐能发电，1967年法国建成装机24千瓦的朗斯潮汐电站，这是世界第一座具有商业规模的海洋能发电站。波浪能开发利用的设想可以追溯到100多年前，但真正有应用价值的研究是从20世纪60年代才开始的，日本首先开发成功用于航标灯的微型波力发电装置，并投入商品化生产，它是世界上第一个商业化波能产品。海洋潮流能利用研究起步于20世纪70年代初。海洋温差能发电技术的概念虽然提出了一个多世纪，但20世纪80年代左右才取得了实质性进展。世界各国有关海洋能的研究和利用还处于早期阶段，其中对于潮汐能的开发技术相对成熟些，波浪能、海流能、温差能和盐差能等海洋能利用技术还处于试验研究阶段或理论研究阶段。

各种海洋能的蕴藏量是非常巨大的，据估计全球海洋能蕴藏量有780多亿千瓦，其中波浪能700亿千瓦，潮汐能30亿千瓦，温差能20亿千瓦，海流能10亿千瓦，盐差能10亿千瓦。中国沿岸和海岛附近的可开发潮汐能资源理论装机容量达2179万千瓦，理论年发电量约624亿千瓦·时；波浪能理论平均功率约1285万千瓦；潮流能理论平均功率1394万千瓦。

人类利用的最古老的能源。是唯一能够连续生产、规模可控的能源，直接或间接来自植物的光合作用，一般取材于农林废弃物、生活垃圾及畜禽粪便等，可转化为常规的固态、液态及气态燃料。生物质利用可以分为固体燃料生产技术、生物燃气生产技术、液体燃料生产技术。固体燃料技术中的生物质直燃发电技术诞生于丹麦，并于1988年诞生了世界上第一座秸秆发电厂。生物质气化技术起源于18世纪末，1883年发明了最早的汽化反应器，它以木炭为原料，汽化后的燃气驱动内燃机，推动早期的汽车和农业排灌机械产业的发展。生物质液体燃料始于20世纪80年代，荷兰、美国最先开展该方面的研究，是最有开发潜力的技术之一。

生物质遍布世界各地，其蕴藏量极大，仅地球每年经光合作用产生的物质就有1730亿吨，其中蕴含的能量相当于全世界能源消耗总量的10～20倍。生物质能占世界总能耗的13%，全球各国开始加快开发生物质能的发展计划，如日本的阳光计划、印度的绿色能源工程、美国的能源农场和巴西的酒精能源计划等，其中生物质能发电得到了前所未有的发展，生物质能装机容量实现了持续稳定的上升，2018年全球生物质能装机容量达108.96吉瓦。中国拥有丰富的生物质能资源，理论生物质能资源有50亿吨左右。21世纪以来，中国积极推进生物质能源开发利用，生物质发电、生物质燃气、生物质液体燃料等重点领域蓬勃发展，2018年生物质发电累计装机达到1781万千瓦，年发电量达到800亿千瓦·时，以燃料乙醇和生物柴油为主的生物质液体燃料年产量达到400万吨/年，生物质天然气达到1亿立方米/年。

由地壳抽取的天然热能，来自地球内部的熔岩，并以热力形式存在。地热能是人类很早以前就开始利用的能源，如利用温泉沐浴、医疗，利用地下热水取暖、建造农作物温室、水产养殖及烘干谷物等，但较大规模的开发利用却是始于20世纪中叶。地热能的利用可分为地热发电和直接利用两大类，其中地热发电是地热利用最重要的方式。1913年，世界上第一座地热电厂诞生于意大利的拉尔岱雷罗，它也是世界上第一座再生能源电厂，是世界上唯一运转超过百年的地热电厂。

地热能蕴藏量巨大，现时所说的地热资源只是指地球表层在技术经济开发可行的深度范围内所蕴藏的那一小部分地热能。世界地热能基础资源总量达4.27×10⁸亿吨标准煤，其中埋深在5000米以浅的地热能基础资源量为4.95×10⁷亿吨标准煤。中国地热资源丰富，国家地质调查局数据显示中国大陆336个主要城市浅层地热能每年可采资源量折合7亿吨标准煤，大陆水热型地热能每年可采资源量折合18.65亿吨标准煤。地热能发电已成为地热能利用的重要方式，据国际能源署数据显示，2018年全球地热发电累计装机容量达13.28吉瓦。中国在地热直接利用方面位居世界前列，截至2017年底，中国地热热泵装机容量达2万兆瓦，位居世界第一，年利用浅层地热1900万吨标准煤，地热能发电相对落后，装机容量为27.28兆瓦。

煤炭、石油等化石能源的大量应用给人类带来了便利和舒适，使人类摆脱了繁重的体力劳动，生产效率大大提高，交通四通八达。但是，非可再生能源的大量使用给社会带来了难以持续发展的问题。对自然资源的大量采伐使生态环境加剧恶化，对能源超常规模的消费使得地球上蕴藏的化石能源资源加速衰竭。化石燃料作为燃料燃烧排放的二氧化碳、二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物以及一些强致癌物质，对环境造成了严重的污染，造成的温室效应、酸雨等问题给地球带来飓风、赤潮、干旱、洪涝等自然灾害和土壤、水质、空气等严重污染，这些灾害和环境污染最终的原因归结为过分消费化石燃料。

开发利用可再生能源，提高可再生能源在能源结构中的比例是解决能源危机和环境污染的重要途径。全球新一轮能源革命呈现出“能源供应多元化，传统能源清洁化，低碳能源规模化，终端用能高效化，能源系统智慧化”的鲜明特色，太阳能、风能、生物质能等可再生能源规模化利用技术已经在改变传统能源结构。尽管短期内可再生能源还无法替代传统化石能源，但世界范围内资源的供需紧张以及全球为应对气候变化而对温室气体排放所做的限制为可再生能源发展铺就了宽广的道路。能源是人类社会发展和进步的物质基础，能源开发和利用方式的进步也推动社会的发展，甚至促进人类自身的进化，能源利用方式由原始的可再生能源利用到化石能源利用，再到可再生能源利用的变革，伴随着这种进步的轨迹。

可再生能源已遍布世界各地，越来越多的国家增加其可再生能源和分布式可再生能源的部署系统，以进一步帮助在偏远地区的家庭获取和使用能源。可再生能源的利用主要集中于电力部门，目标和稳定的政策推动了可再生能源在发电领域的应用。据国际可再生能源机构2019年发布的《2019年可再生能源产能统计年鉴》，截至2018年底，全球可再生能源累计装机容量达到2351吉瓦，占全球发电装机总容量的三分之一。其中，水电累计装机容量达1172吉瓦，占比达到50%；风能和太阳能占据其余主要份额，装机容量分别为564吉瓦和486吉瓦；剩余6%份额的可再生能源主要包括：生物质能115吉瓦、地热能13吉瓦和海洋能（潮汐、波浪能等）500兆瓦。

可再生能源已经成为新增发电装机容量的首选技术，保持着不可阻挡的发展趋势。可再生能源电力装机容量在全球各地区都有所增长，2018年大洋洲可再生能源增长率为17.7%，是增长最快的地区，亚洲成为可再生能源新增装机最大的地区，增长率达到11.4%。2018年将近三分之二的新增装机容量来自可再生能源，这种趋势印证了可再生能源作为全球能源转型基础的转变。与传统的火电相比，可再生能源的成本竞争力日益增强。自2009年以来，太阳能光伏发电价格下降了81%，而陆上风电价格比十年前低了46%。可再生能源发电的增长带来巨大的环境效应，2018年可再生能源发电量占全球发电总量的12.9%，避免了20亿吨二氧化碳的排放。

可再生能源除在电力部门有很好的应用潜力之外，在供暖、制冷以及交通领域都有非常好的应用前景。但可再生能源的进展仍然集中在电力部门，相较之下在供暖、制冷以及运输部门的增长要少得多，由于缺乏强有力的政策支持以及新技术发展缓慢，进展受到限制。供暖和制冷部门能源需求约占最终能源需求总量的一半，但是对这方面的政策关注仍然不足。2018年，只有47个国家有可再生能源供暖和制冷的目标，推动建筑和工业可再生能源发展仍是艰难而紧迫的任务。2018年可再生能源在交通运输部门中的占比达到3.3%，其中大部分由液体生物燃料提供。尽管2018年乙醇和生物柴油产量有所增加，但用于交通运输的生物燃料增长仍然受到政策不确定性和航空等市场开发可再生燃料进展缓慢的限制。随着减排目标的要求和电气化需求的增加，可再生能源在交通部门的应用将会持续增大。