可再生能源是从能在人类时间尺度内得到自然补充的资源中获取的能量。其主要形式包括太阳能、风能、水能、地热能和生物能源，海洋能则提供了额外的资源。与依赖有限地质储量的化石燃料不同，可再生资源依靠持续的自然能量流或可再生的生物材料。它们可以用于供电、供热和生产燃料，不过，其可获得性和环境影响因技术类型及地点而有显著差异。(eia.gov)
定义与物理基础
“可再生”描述的是能源来源能够得到补充，并不意味着在特定地点或时间能够提供无限的功率。太阳能的输出取决于日照和大气状况；风力和河流流量会发生变化；生物质的生产则受到生物生长速度和可用土地的限制。因此，即使其根本来源不断得到补充，可再生资源在实际利用中仍存在限制。电和氢是能源载体，而不是本身就具有可再生属性的能源来源：其分类取决于生产方式。常规核能发电消耗开采所得的核燃料，因此通常被单独归类。(eia.gov)
多种可再生资源与太阳有关。太阳能技术直接收集太阳辐射，而植物则通过光合作用储存太阳能。水力发电利用流动的水，其水源通过水循环得到补充。地热能利用的是地表以下的热量，海洋能技术则从波浪、潮汐和水流中获取能量。这些不同的物理来源决定了不同的能量转换方式和运行特性。(eia.gov)
主要技术
太阳能。 光伏系统使用太阳能电池将阳光直接转化为电。太阳能集热器为水或建筑物供热，而聚光太阳能发电站通过聚集太阳辐射产生高温热量，用于发电。储热技术使部分聚光太阳能电站能够在日照减弱后继续发电。太阳能设施的规模从小型屋顶系统到大型发电站不等。(eia.gov)
风力发电。 风力涡轮机从流动的空气中获取能量。叶片带动与发电机相连的转轴旋转，将机械运动转化为电。风力涡轮机可以安装在陆地或海上。其输出取决于风况、机组特性和选址；额定容量并不意味着机组能够持续以该功率发电。(eia.gov)
水力发电。 水电站引导流动或下落的水通过水轮机。水库式水电站可以蓄水并调节下泄流量，而径流式水电站则更直接地依赖河流流量。抽水蓄能利用电将水抽至上水库，再在水下落时回收其中一部分能量。它是一种储能技术，而非独立的可再生资源，且消耗的电量大于回收的电量。(eia.gov)
地热能。 地热系统利用地下热量直接供热或发电。地热发电站通过井抽取高温流体，并将其能量传递给发电设备。条件适宜的地热设施可以连续运行，与依赖天气的太阳能和风力发电形成互补，但其开发取决于当地的地下条件。(energy.gov)
生物能源。 生物能源来自生物质，包括木材、农业残余物、有机废弃物和专门种植的能源作物。转换途径包括燃烧、生物处理，以及通过化学或热处理转化为燃料。与风能和太阳能设施不同，生物质设施需要持续的原料供应。其资源能否得到可再生补充，取决于这些材料的生产和管理方式。(eia.gov)
海洋能。 海洋能技术从波浪、潮汐运动以及河流或海洋水流中获取能量。这些资源各有不同的地理条件和工程要求。与成熟的太阳能、风能和水力发电系统相比，许多海洋能转换技术的应用仍不够广泛。(energy.gov)
计量与系统整合
装机容量衡量的是潜在的输出功率，而发电量衡量的是一段时间内生产的电量。容量因子是实际发电量与同一时期内持续满功率运行所能产生的发电量之比。因此，相同的装机容量可能产生不同的年度发电量。可再生能源在发电量中的占比，也应与其在能源消费总量中的占比区分开来，后者还包括供热和交通运输所用的燃料。(eia.gov)
风能和太阳能通常被称为波动性可再生能源，因为其可用输出会随环境条件而变化。将它们接入电网，涉及预测、输电能力、灵活调节的发电能力以及供需协调。面临的挑战取决于它们在系统中的占比和现有基础设施；并不存在适用于所有电网的统一接入要求。(iea.org)
储能，包括锂离子电池和抽水蓄能，可以将电量从一个时段转移到另一个时段使用。需求响应则根据电力系统状况或价格信号调整用电。这些资源能够提供灵活性，但短期平衡、长时间低出力和季节性变化各有不同的技术与经济要求。储能过程中的损耗也意味着所储存的能量无法全部回收。(iea.org)
经济性与环境影响
成本因资源质量、建设、融资、运行和基础设施而异。平准化度电成本估算的是发电设施全寿命期内单位电量的平均发电成本，但这一指标本身不能涵盖保障可靠供电所需的全部成本。国际可再生能源署（IRENA）报告称，2024年新投运的公用事业规模可再生能源装机容量中，91%的平准化度电成本低于成本最低的新建化石燃料发电方案。在电力系统规划中，电网整合和灵活性仍需另行考虑。(irena.org)
推广可再生能源可以减少温室气体排放，并有助于遏制气候变化，但可再生并不意味着没有环境影响。生命周期评价考察设备生产、建设、运行和废弃处置等环节。土地占用、材料开采、用水需求以及对生态系统的影响，因技术和地点而异。生物能源对气候的影响尤其取决于原料、土地利用变化、加工过程以及碳的重新吸收与储存；生物质燃烧并不必然具有碳中和属性。因此，环境表现必须针对具体项目及其供应链进行评估，而不能仅凭“可再生”这一标签作出判断。(ipcc.ch)