250px|desno
Obnovljiva energija je energija stvorena iz prirodnih izvora, poput sunčeve svjetlosti, vjetra, kiše, valova i geotermalne topline koji su obnovljivi (prirodno iznova punjivi). Tehnologije obnovljivih izvora energije uključuju sunčevu energiju, snagu vjetra, hidroenergiju, energiju biomase i biogoriva. Gotovo sva obnovljiva energija dolazi od Sunca. Sunce prema Zemlji zrači oko 5,25 kWh/m2 na dan (Sunčeva konstanta je 1,366 kW/m2). Nakon stoljeća korištenja energije fosilnih goriva, danas se globalna slika mijenja, a obnovljiva energija se sve više smatra jednim od ključnih čimbenika budućeg razvoja Zemlje.
U 2006. godini oko 18% ukupno potrošene energije proizlašlo je iz obnovljivih izvora energije, pri čemu 13% otpada na tradicionalnu biomasu (spaljeno drvo). Snaga vode je sljedeći najveći obnovljivi izvor s 3%, a topla voda (grijanje) slijedi s 1,3%. Iz novih tehnologija poput geotermalne energije, energije vjetra, Sunca i oceana zajednički je iskorišteno 0,8% od ukupno potrošene energije. Tehničke mogućnosti za njihovu uporabu je velik, premašujući sve ostale već dostupne izvore, te su bili preporučeni kao prvenstveni izvori.
Tehnologije obnovljivih izvora energije su katkad kritizirane zbog toga što su isprekidane (nekontinuirane) ili neugledne, a unatoč tome tržište još uvijek raste za mnogo oblika obnovljivih izvora energije. U 2024. instalirana snaga vjetroelektrana u svijetu bila je 1174 GW. Trenutno vjetroelektrane pokrivaju oko 10 % svjetskih potreba za električnom energijom, u 11 država ta brojka je veća od 20 %. Proizvodni izlaz fotonaponske industrije dostignula je više od 2000 MW i fotonaponske elektrane su posebno popularne u SAD-u, Njemačkoj, Španjolskoj, a u zadnje vrijeme i Kini. Sunčeve termoelektrane se koriste u Sjedinjenim Američkim Državama,Španjolskoj i Markou pri čemu najveća od njih proizvodi 510 MW i nalazi se u Maroku. Najveća svjetska geotermalna elektrana je Geysers u Kaliforniji te ima kapacitet od 1517 MW. Brazil ima jedan od najvećih svjetskih programa uporabe energije obnovljivih izvora koji uključuje proizvodnju bioetanola iz šećerne trske i trenutno etanolno gorivo čini 18% brazilskog automobilskog goriva. Ono je također je dostupno i u Sjedinjenim Američkim Državama.
Bez obzira na to što na veliko postoje mnogi projekti i proizvodnja energije iz obnovljivih izvora, tehnologija istih se usmjerila i ka malim, neumreženim primjenama, katkad u ruralnim sredinama gdje je energija presudna u ljudskom razvitku. Kenija ima najveći svjetski udio malih (20 – 100 W) kućnih sunčevih sustava s preko 30 000 prodanih na godinu.
Klimatske promjene popraćene visokim cijenama fosilnih goriva, vršne vrijednosti nafte (eng. peak oil) i povećanjem potpore vlada usmjere su povećanju zakona i propisa, poticanju i komercijalizaciji obnovljivih izvora energije. Sporazum koji je potpisan u ožujku 2007. od strane predsjedatelja Europske unije, uvjetuje da bi 20% nacionalno proizvedene energije trebala biti iz obnovljivih izvora do 2020. i smanjenje emisija ugljikovog dioksida C02 koji je uzročnik globalnog zatopljenja. Ulaganja u obnovljive izvore su se s 80 milijardi američkih dolara u 2005. popela na rekordnih 100 milijardi u 2006. Energija vjetra je prva proizvodila 1% električne energije, a sunčeva energija nije daleko od toga. Neke velike tvrtke poput BP, General Electric, Sharp i Royal Dutch Shell ulažu u obnovljive izvore energije.
Hidroenergija
Hidroenergija, hidraulička energija ili energija vode je snaga dobivena iz sile ili energije tekuće vodene mase, koja se može upotrijebiti u čovjeku korisne svrhe. Prije nego što je komercijalna električna energija postala široko dostupna, energija vode se koristila za navodnjavanje i pogon raznih strojeva, poput vodenica, strojeva u tekstilnoj industriji, pilana, lučkih dizalica ili dizala.
Hidroelektrane
Hidroelektrana ili hidroelektrična centrala je postrojenje u kojem se potencijalna energija vode najprije pretvara u kinetičku energiju njezinog strujanja, a potom u mehaničku energiju vrtnje vratila vodne turbine te, konačno u električnu energiju u električnom generatoru. Hidroelektranu u širem smislu čine i sve građevine i postrojenja, koje služe za prikupljanje (akumuliranje), dovođenje i odvođenje vode (brana, zahvati, dovodni i odvodni kanali, cjevovodi itd.), pretvorbu energije (vodne turbine, generatori), transformaciju i razvod električne energije (rasklopna postrojenja, dalekovodi) te za smještaj i upravljanje cijelim sustavom (strojarnica i sl).
Iskorištavanje energije vodnog potencijala ekonomski je konkurentno proizvodnji električne energije iz fosilnih i nuklearnog goriva, zato je hidroenergija najznačajniji obnovljivi izvor energije. U zadnjih trideset godina proizvodnja u hidroelektranama je utrostručena, a njen udio povećan je za 50 %, za to je vrijeme proizvodnja u nuklearnim elektranama povećana za 100 puta, a udio oko 80 puta. Ti podaci pokazuju da se proizvodnja u hidroelektranama brzo povećava, ali značajno zaostaje za proizvodnjom u nuklearnim elektranama (ali i termoelektranama). Razlog takvom stanju leži u činjenici da iskorištavanje hidroenergije ima bitna tehnička i prirodna ograničenja. Glavno ograničenje jest zahtjev za postojanjem obilnog izvora vode kroz cijelu godinu, jer je skladištenje električne energije skupo i vrlo štetno za okoliš, osim toga na određenim lokacijama je za poništavanje utjecaja oscilacija vodostaja potrebno izgraditi brane i akumulacije. Njihovom izgradnjom značajno se povećava investicija, utjecaji na okoliš, potrebna je zaštita od potresa, a u zadnje vrijeme postoje i značajne terorističke prijetnje.
Jednom kada je hidroelektrana završena, nije potreban novac za sve skuplje gorivo, ne stvara se opasan otpad (kao kod nuklearnih elektrana) i stvara gotovo zanemarljivu količinu stakleničkih plinova (za razliku od termoelektrana). 2025. je u svijetu instalirano hidroelektrana sa snagom od 1455 GW. To je otprilike 20 % svjetske proizvodnje električne energije svih vrsta, ili 88 % od svih obnovljivih izvora energije. "Renewables Global Status Report 2006 Update", REN21, 2007.
Male hidroelektrane
Male hidroelektrane su postrojenja u kojima se potencijalna energija vode (transformirana energija sunčeva zračenja) najprije pretvara u kinetičku energiju njezinog strujanja (u statoru vodne turbine), a potom u mehaničku energiju (u rotoru turbine) vrtnje vratila turbine te, konačno, u električnu energiju u generatoru. Svjetski energetski trend posljednjih godina je sve veći iskorak ka obnovljivim izvorima energije. Za male hidroelektrane se smatra da nemaju nikakav štetan utjecaj na okoliš, za razliku od velikih čija se štetnost opisuje kroz velike promjene ekosustava (gradnja velikih brana), utjecaji na tlo, poplavljivanje, utjecaji na slatkovodni živi svijet, povećana emisija metana i postojanje štetnih emisija u čitavom životnom ciklusu hidroelektrane koje su uglavnom vezane za period izgradnje elektrane, proizvodnje materijala i prijevoz. Velike količine vode u cjevovodima pitke vode same se nameću kao potencijalni izvor energije. S obzirom na to da je protok kroz cjevovod postoji kod vodocrpilišta, posebno na dijelu cjevovoda oko izvorišta, vodosprema i crpilišta, gdje se tok vode kroz cijevi uglavnom postiže samom gravitacijskom silom, postavljanje turbine i pripadnih električnih generatora su zahvati koji ne ugrožavaju dobavu pitke vode, a istovremeno proizvode električnu energiju. Danas se za tehnologiju vezanu za hidroenergiju, koja se smatra obnovljivim izvorom energije, može reći da je tehnički najpoznatija i najrazvijenija na svjetskoj razini, s iznimno visokim stupnjem učinkovitosti. 22% svjetske proizvodnje električne energije dolazi iz malih i velikih hidroelektrana.
Energija vjetra
Energija vjetra se pretvara je u korisni oblik energije, električnu energiju, pomoću vjetroelektrana. U klasičnim vjetrenjačama energiju vjetra pretvaramo u mehaničku, te je kao takvu direktno koristimo za mljevenje žitarica ili pumpanje vode. U 2024. instalirana snaga vjetroelektrana u svijetu bila je 1174 GW. Trenutno vjetroelektrane pokrivaju oko 10 % svjetskih potreba za električnom energijom, u 11 država ta brojka je veća od 20 %. Električnom energijom iz vjetra vjetroelektrane snabdijevaju elektro energetsku mrežu kao što i pojedinačni vjetroagregati napajaju izolirana mjesta. Vjetar je bogat, obnovljiv, lako dostupan i čist izvor energije. Nedostatak vjetra rijetko uzrokuje nesavladive probleme kada u malom udjelu sudjeluje u opskrbi električnom energijom, ali pri većem oslanjanju na vjetar dovodi do većih gubitaka.
Vjetroelektrane
Vjetroelektrana je niz blisko smještenih vjetroagregata, najčešće istog tipa, izloženih istom vjetru i priključenih posredstvom zajedničkog rasklopnog uređaja na elektroenergetski sustav. Vjetroagregat je rotirajući stroj koji pretvara kinetičku energiju vjetra prvo u mehaničku, a zatim preko električnih generatora u električnu energiju. Pri tome se rotor vjetroturbine i rotor električnog generatora nalaze na istom vratilu. Vjetroelektana je obnovljivi izvor električne energije pokretan kinetičkom energijom vjetra.
Energija vjetra je u stvari oblik sunčeve energije. Sunce neravnomjerno zagrijava različite dijelove Zemlje i to rezultira različitim tlakovima zraka, a vjetar nastaje zbog težnje za izjednačavanjem tlakova zraka. Postoje dijelovi Zemlje na kojima puše tzv. stalni (planetarni) vjetrovi i na tim područjima je iskorištavanje energije vjetra najisplativije. Dobre položaji su obale mora i oceana (priobalna vjetroelektrana), te pučina mora (plutajuća vjetroelektrana). Pučina se ističe kao najbolji položaj zbog stalnosti vjetrova, ali cijene ugradnje i prijevoza energije usporavaju takva ulaganja. "Moderni vjetroagregati i pretvorba energije", www.vjetroelektrane.com, 2012.
Mali vjetroagregati
Mali vjetroagregat je po načinu rada uglavnom jednak velikim vjetroagregatima i s razvojem industrije primjenjuju se novi materijali, čime se bitno poboljšala pouzdanost i raspoloživost uređaja. Paralelno s razvojem velikih vjetroagregata počeli su se razvijati i mali vjetroagregati kao zasebno tržište. Iako ovakav sustav zahtijeva prilična početna ulaganja, cijenom je postao konkurentan tradicionalnim izvorima energije, ako se uzme u obzir cijeli životni vijek postrojenja i izuzeće troškova priključka na električnu mrežu. Malim vjetroagregatima se smatraju jedinice do 10 kW, koje su namijenjene zadovoljenu energetskih potreba na razini kućanstva.
Sunčeva energija
Sunčeva energija ili solarna energija je energija Sunca, njegova svjetlost i toplina koju ljudi koriste od davnina uz pomoć raznih tehnologija. Sunčeva svjetlost uz druge obnovljive izvore kao što su vjetar, energija valova i biomasa, se računaju u najčešće dostupne obnovljive izvore energije na Zemlji. Upotrebljava se samo mali dio sunčeve energije od one koja je na raspolaganju. Sunčeva energija pruža električnu energiju pomoću toplinskih strojeva ili fotonaponskih sustava. Jednom pretvorena, njena upotreba je ograničena samo ljudskom genijalnošću. Djelomični popis sunčevih sustava uključuje prostor za grijanje i hlađenje kroz pasivnu solarnu arhitekturu, pitku vodu kroz destilaciju i dezinfekciju, toplinsku energiju za kuhanje i visoku temperaturu procesa topline za industrijske svrhe.
Sunčeve tehnologije su široko karakterizirane ili kao pasivne ili aktivne, ovisno o načinu sakupljanja, pretvaranja i raspodjele sunčevog svjetla. Aktivne tehnike uključuju uporabu fotonaponskih članaka i sunčevih toplovodnih kolektora (s električnom ili mehaničkom opremom) kako bi pretvorili sunčevu svjetlost u korisne izlazne jedinice. Pasivne tehnike uključuju orijentaciju zgrade prema Suncu, odabir materijala s povoljnim termalnim svojstvima ili svojstvima raspršivanja svjetlosti, te projektiranje prostora kod kojih prirodno cirkulira zrak.
Sunčeve termoelektrane