概说

  全球的可再生能源容量，除了水电之外

人类自远古起，就知道利用水力，以及风力，所以有人称为“旧的再生能源方式”，惟自1970年代起，基于石油危机后，新能源的使用（核能、风能、太阳能以及生物质能）和发展，进入了新的里程碑。 随着1759年瓦特发明了蒸汽机，人们进入了蒸汽时代；而使用煤炭带动机器，这划时代的能源使用方式将人类文明带进了工业时代，大量生产带来了财富以及舒适的生活，惟同时也带来了人类万复不劫的命运：因使用化石能源带来的各种污染以及气候暖化等问题。 而且化石能源是有限的，许多矿区早已枯竭，或指日可待，而再生能源却是源源不绝的。

虽然使用铀矿来发电的核能并不属于石化能源, 但是由于铀矿储藏量也是有限的, 所以现行核分裂式的核能不算是 可再生能源 。将来如果核聚变式的核能技术能有所突破, 核能作为可再生能源的可能性和重要性才会增加。

注：T=10E12；

以下是为人类使用再生能源的原因 :

科技的进步让此类能源更加“好用”。

化石能源是有限的，所以其价格会日渐增涨。

某些再生能源（如风能,水力,太阳能）不会排放温室气体，如二氧化碳，因此不会增加温室效应的风险。

为了增进能源供应安全，减少对进口化石能源的依赖，并追求可持续性能源的需求。

甚至，更进一步地，有些国家开始在思考“百分百的可再生能源政策”，因为可再生能源长久之来被认为，充其量仅能作为化石或核电等能源之补充。然而，德国很多市、县及乡镇正在证明，传统工业国之能源政策可以被彻底改变，亦即可以百分百地依靠可再生能源，并且充足供应工业及现代生活所需的能源。目前在德国约有300个地区（小的只是乡下小镇，大的有如慕尼黑之百万都市）于2010年3月间已宣布：最晚2030年要达到百分百可再生能源的目标 。

历史

在19世纪中叶煤炭发展之前，所有使用的能源都是可再生能源 ，其主要来源是人力和畜力的形式利用牛，骡，马，水磨和风磨粮食，和柴火。在右边的美国能源使用的两幅曲线图中，直到1900年的石油和天然气的重要性，和风能和太阳能在2010年发挥一样的重要性。

除了核能、潮汐能、地热能之外，人类活动的基本能源主要来自太阳光。像生物能和煤炭石油天然气，主要透过植物的光合作用吸收太阳能储存起来。其它像风力，水力，海洋潮流等等，也都是由于太阳光加热地球上的空气和水的结果。

木材

役用动物

水能

风能

太阳能

地热能

海洋能

生物能

各种主要可再生能源形式

风能

 国家可再生能源实验室 （ 英语 ： National Renewable Energy Laboratory ） 预测风能价格将从2012年到2030年能下降25%。

 风力发电机，位于伊朗的曼吉勒。

  全球风力装置容量

2014年全球电力来源            2014年全球总发电量: 23,903,353GWh 资料来源:IEA

空气中随着温度高低，气流会移动，即为“风”，风力发电机利用风能可以转变成机械能，再将机械能转成电能，现代的风力发电机一开始系由丹麦研究进入商业运行，起始于1970年代后期的石油危机，丹麦意识到自己国家缺乏自产能源，高度仰仗进口能源将危害国家中长期发展，所以在此危机意识下，大力推动风力发电 。 现代的风机在1980年后至今有突飞猛进的进步，不论在技术的进步以及成本的下降，都足以和传统电能分庭抗礼。现代风机的单机容量在1.5-3MW之间。由于风的能量与其速度为2的立方比（8倍），所以风速增加一些些，其能产生的能量就大得许多 。一般而言，风机的发电量每年在1500-3000满发小时之间。

风力发电从2000年至2015年成长24倍，至2015年的全球装机容量为432 GW。最近数年来，我国风力发电是异军突起的黑马，风机安装数量激增，从过去十年来（2005-2015年）的风机装置容量由1.2GW 成长为145.3GW增加超过百倍 ，不论是去年单年安装容量或截至去年的累积容量，荣登世界冠座，也让国内的风机厂商市占率大为提升 。 在此情况下，国内的风机厂商于2015年全球风机市占前十名厂商中就占了其中5位 :

金风科技股份有限公司(Goldwind)－12.5%

维斯塔斯(Vestas)－11.8%

GE Wind Energy－9.5%

Siemens Wind Power－8.0%

Gamesa－5.4%

Enercon－5.0%

联合动力(United power)－4.9%

明阳风电(Mingyang)－4.1%

远景能源(Envision)－4.0%

中船重工海装风电(CSIC Haizhuang)－3.4%

其它厂商－31.4%

在风能的发展值得一提的是位于海上的离岸风电场，由于海上的风更强以及更加持续稳定，而且海上面积大，所以离岸风电场的规模接近传统电厂，惟技术上及经济上都有一些尚待克服的障碍。不过，离岸风电场想必是未来再生能源发展不可或缺的一环。

水力

  长江上的三峡大坝水力工程装机容量达到22.5 GW。

  在哥伦比亚河上的大古力水坝（Grand Coulee Dam）是水力发电重力坝，位于华盛顿州。大坝提供给四个电站装机容量达到6,809 MW，并且是美国最大的电力发电设施。

在水中的能量亦为人类所驱，因为水比空气的密度高800倍，即使是慢慢流的水都可以产生很大的能量。 基本上有下列数种水力使用方式：

堤坝式水电厂

引水式水电厂

混合式水电厂

潮汐水电厂

海流水电厂

抽水蓄能电厂

虽然水力发电，在种种再生能源中历史最为悠久，但相关技术仍然有不少更新的潜力。德国南部的水力发电厂，因技术更新而明显提高效率；意大利及英国经由海流而产电的计划也都已步入能大规模产电的阶段 。

太阳能

  单晶太阳能电池

  全球太阳能光伏(PV)装置量

太阳能一般是指太阳光的辐射能量，在现代一般用作发电。

自地球形成生物就主要以太阳提供的热和光生存，而自古人类也懂得以阳光晒干物件，并作为保存食物的方法，如制盐和晒咸鱼等。但在化石燃料减少下，才有意把太阳能进一步发展。

太阳能的利用方式有两种，为光热转换（被动式利用）和光电转换两种方式。主动式太阳能技术，包括利用太阳能光伏板和太阳能集热器储存能量。被动式太阳能技术，包括导向建筑物在阳光下，选择材料具有良好的热质量或光分散性能和设计自然空气流通的空间。太阳能发电一种新兴的可再生能源。广义上的太阳能是地球上许多能量的来源，如风能，化学能，水的势能，化石燃料可以称为远古的太阳能。

其他太阳能应用的部分列表包括通过太阳能建筑、采光、太阳能热水、太阳能烹调、高温工艺散热和用于工业用途的空间加热和冷却。

海洋能

  朗塞，第二大的潮汐能电站240兆瓦。

海洋能源（有时也简称为海洋能）是指由海浪、潮汐、海水盐度的和海洋温度的差异产生能量。海洋能是一种新兴技术，地球上的海洋运动提供庞大的动能力量或运动中的能量。可以利用这种能量发电，以供家庭、运输和工业用电。

生物质能

生物质能 是指能够当做燃料或者工业原料，活着或刚死去的有机物。生物质能最常见于种植植物所制造的生质燃料，或者用来生产纤维、化学制品和热能的动物或植物。也包括以生物可降解的废弃物（Biodegradable waste）制造的燃料。但那些已经变质成为煤炭或石油等的有机物质除外。

地热能

  冰岛奈斯亚威里尔地热电厂

地热能是由地壳抽取的天然热能，这种能量来自地球内部的熔岩，并以热力形式存在，是引致火山爆发及地震的能量。地球内部的温度高达摄氏7000度，而在80至100公里的深度处，温度会降至摄氏650度至1200度。透过地下水的流动和熔岩涌至离地面1至5公里的地壳，热力得以被转送至较接近地面的地方。高温的熔岩将附近的地下水加热，这些加热了的水最终会渗出地面。运用地热能最简单和最合乎成本效益的方法，就是直接取用这些热源，并抽取其能量。

各国的再生能源政策

世界各国在认识到再生能源的好处后，也想方设法地去推广其使用，惟基于各国不同的背景及考量，也有采取极不相同的政策以及方式，并达成不同的效果，大体区分有三种政策工具：

固定电价（Fixed feed-in tariff, FIT）

固定电价 （ 英语： Feed-in tariff ,上网电价补贴政策（FIT））最著名的例子为丹麦对风电的鼓励方式，丹麦可算是现代风电的始祖国，她采取的方式是给予一个固定电价，其后1991年德国也采用同样方式（提供最终用户电价的90%给再生能源电厂），从此德国风电风起云涌，开了成功的先河。在2004年丹麦突然放弃固定电价方式而走向“碳凭证”方式进行交易，从此在丹麦本土不再有风机安装，丹麦风机制造商也纷纷出走，寻求别的生路 。

鉴于德国风电的所向披靡（在2007年前，德国风电在全球执牛耳，其后被风电取代，如前述2.1“风能”），全球许多国家都纷纷向德国取经，采用此种固定电价收购再生能源发电的方式，著例有西班牙，法国，奥地利，中国，加拿大的安大略省等国和地区。甚至连英国，作为自由市场的捍卫者，本来十分坚持“固定电价与资本主义精神相悖背”的原则，也因国内的再生能源发展老是一蹶不振，最终也只好于2010年亦采取固定电价制度。另外在风电异军突起的中国，也是因为过去使用招标制度，而让风电的发展极为缓慢，最后也在2008年改采固定电价制度，整个风电的装置容量才有大幅的进展。

招标

作为资本主义的始祖国，英国对上述“固定电价”制度有难以接受的心理障碍，所以从1980年来苦心积虑地设计了风电场的招标，总有人来投标，也常有人得标，可是得标的容量与实际兴建的容量差别很大，更不必说和欧陆各国的一比高下了。如上述，后来（2010年）英国终于在2010年放下成见，也对再生能源发电的收购采取“固定电价”制度。

税收抵免（Tax credit）

以“税收抵免” ( 英语： Tax credit )为手段：代表国家是美国，美国也算是比较典型的资本主义国家，也不太能接受这些“破坏市场机制的手段”，例如固定电价制度。他们想到的工具是“税收抵免”(tax credit)，企业如电力公司，可以将公司盈余拿来盖再生能源电厂藉以抵税，此制度也造就了美国风电一时的风光，惟此制度（相对于德国或其他国家的”固定电价立法制”）并不稳定，完全仰仗政府的”施舍”，随着总统命令延长个几年或终止，这种三天打渔两天晒网的情况，导致美国的风电发展从1980年以降，一直是跳跃式的成长，有时有，而有时没有成长。在此制度下，由于欠缺一个长期安定的投资环境，无法进行长期的规划，也几乎不可能造就任何产业；而且无法做成“全动”(在丹麦以及德国，风场常是当地居民组成”合作社”的共同投资；太阳能光伏板更是各家各户自行在屋顶上安装的DIY休闲活动)。但是在美国制度下，可再生能源的投资，不然只有很赚钱的大企业才玩得起；或是成为投资银行精心包装让投资客节税的金融衍生性商品。

小结

“固定电价”制度经过事实验证，是目前全球各国在尝试各种方式中最有效的政策工具。而且甚至是最节省的，如上述，招标最后还弄得价格比“固定电价”高，主要原因是在招标制度下，乍看很迷人，可以让最有竞争力的投标人被风场用最便宜的价格兴建起来，但是也正由于竞标的结果，造成绝大多数的竞标案都是低价抢标，最后得标的厂商也因为几乎无利可图，造成放弃原有标案，或者演变再次重新招标的情况（延长厂商规划时间，造成投资成本增加）。招标因为没有长期的投资保障，所以最后真正兴建的再生能源发电厂，常常反而会变得更贵。 新近成功的典范是加拿大安大略省，于2009年9月公布了合理的收购电价后，马上就成为全球再生能源的大吸盘，许多跨国企业纷纷前往投资以及开发。

可再生能源的商业化

可再生能源的增长

  可再生能源发电和容量在全球电力供应变化中所占比例

  风电和光伏的增长

从2004年年底，对于许多技术，全球可再生能源的容量每年增长速率在10-60％。在2009年相对于过去的四年里，对于风电及其他许多可再生能源技术生长速度加快了。 在2009年加入的风力发电能力比任何其他可再生能源技术更多。然而，光伏并网发电增长是所有可再生能源技术中最快的，有60％的年平均增长率。 在2010年，可再生能源大约占新建发电容量的三分之一。 到2014年光伏装机容量可能会超过风电的，但由于太阳能容量系数（容量因子）较低，从光伏电池产生的能量，预计直到2015年前不会超过风电的。

预测是有所不同的，但科学家们已经提出一个计划，到2030年利用风能，水电，太阳能发电提供100％的世界能源。

根据国际能源署(International Energy Agency, IEA)的在2011年的预测，在50年之内太阳能发电可能产生世界上大部分电力，大大减少了对环境有害的温室气体的排放。在IEA可再生能源部门的高级分析师Cedric Philibert说：“光伏发电和太阳能热设备可满足世界对电力的需求到2060年 - 和所有能源需求的一半 - 还有风能，水能和生物能发电厂供给很多的给余下的发电。“光伏发电和聚光太阳能发电可以成为电力的主要来源”，Philibert说。

经济趋势

各种形式的能源价格昂贵，但随着时间的推移，可再生能源一般越来越便宜， 而化石燃料变得越来越昂贵。在2011年国际能源署(IEA)的一份报告说：“成本竞争力的可再生能源技术的投资组合变得日益广泛的情况下，在某些情况下提供的投资机会，而不需要具体的经济支持，”并补充说，“在关键技术上成本的降低，如风能和太阳能等，都将继续下去。”  

国际太阳能学会 （ 英语 ： International Solar Energy Society ） (International Solar Energy Society)认为，随着时间的推移， 可再生能源技术 和经济将继续改善，它们是“现在是足够先进，让可再生能源为主要穿透成为主流能源基础设施和社会基础设施”。

再生能源的评价

保护有限的资源

根据国际能源署的统计，探勘原油的最高点（哈伯特顶点）是在2020年会达到 (也有人认为其实在2006年已经达到，这也就是为何自2006年开始，全球大幅发展再生能源)，达到这最高点后，随后能再探勘的原油数量就会减少，而全球能源需求在此时点后却会增加，所以短中期之内，势必要让可再生能源扮演重要角色。而且经由使用可再生能源，可以减少对化石能源的耗竭，而该化石能源也是化学工业长期仰赖的原料。

气候保护

使用化石燃料排放大量的二氧化碳和二氧化硫等，反之，若使用可再生能源则会使二氧化碳之排放大量减少。 最明显的例子可举德国为例，由于德国近20年来各方面鼓励使用可再生能源，其成效极为卓越，所以在2010年减少了1亿2000万吨的二氧化碳，比2009年还更多1亿1100万吨的二氧化碳) ，也因此让德国提前达到减碳目标（京都议定书要求要减碳相对于1990年低于8%，而德国早于2007即达减少18.4%）。

降低失业率

再生能源需要的人力较传统能源多，在目前劳动力供过于求的情况下，推广再生能源可以减少失业问题。

避免游资造成泡沫经济

许多再生能源，如风力、太阳能，主要的成本是在设备成本，但无燃料成本；这类再生能源初期投资金额高，此特性让再生能源能吸收过多的游资，对于钱太多的现代社会很有帮助，可以减少房价等民生物资的涨势，高房价造成的危害如同种族灭绝。

核能虽然也有类似特性，但其在经济上有许多缺点。首先是核能不能像再生能源一样，有多少钱就投资多少发电量，核能最低投资金额极高，而且最低投资金额不是一座核电厂而已，而是足以避免核电人才及核电技术经验继续流失的数量才行（在三哩岛事件后，全球对核电的投资已经少到低于最低金额）；再者是核能很可能需要临时投入大笔资金提高安全性，以补强过去未考虑的风险；核能被喊停的风险极高，这样就会突然损失大笔资金，而且许多情况下，喊停一座核电厂的损失，是小于继续兴建或继续使用的损失。

社会的接受度

大部分的民众乐见可再生能源的增加，即便电价可能涨价都愿意。世界银行曾对十五个国家人民作过民调，询问对全球暖化的认知度，有七成的人愿意支付更高的价格，以对抗地球暖化的问题，因为他们认为“地球暖化是个严重的问题” 。

在另一方面，再生能源比较不容易造成全面断电的特性、其成本的快速下降、及可以使用过多的资金及劳动力优势，也提高了社会接受度：许多工业及商业经营者愿意付出较高的电费，来避免全面断电的灾难，厂商会为了减少风险而在厂区设立再生能源设施；许多政府也乐于补贴再生能源，可以减少高失业率及高房价的问题，减少这些问题所减少的政府损失是远多于补贴再生能源的费用；而且“将一定比例的能源改为再生能源，不会提高成本”已经成为事实，而且这个比例也会慢慢提高。

产业升级

若是不研发再生能源，会失去产业升级的机会，国家将在未来没有竞争力。

成本

直接成本

化石能源以及核能的价格越来越贵，但可再生能源的价格在最近十五年来平均下降了一半 。甚至有专家认为，其成本基于大量生产以及技术的进步，至2020年价格还可以再下降40%。

由于德国的“固定电价法”(Feed-In Tariff, FIT)，系针对不同的可再生能源形式给予不同价格，并予以每年的递减，在此情况下，可防止过多的补贴，例如在太阳光电，由于价格不错，而且市场竞争很激烈，所以德国政府在去年（2010年）太阳光电安装并并联达7400 MW时，就加快了电价下调的速度 。

外部成本

由于化石能源的燃烧会造成对生态以及环境极大的污染，而这些负担目前并没有被计算在电价中，而系由全社会的人民来分担。根据德国专家计算，每度燃煤电厂的电应该要计算外部成本每度6-8欧分，相对的风电的外部成本为每度0.1欧分，太阳光电的外部成本为每度0.6-1欧分。以此计算，2007年德国的可再生能源发电，让全社会节省了58亿欧元的外部成本。

分散型的发电方式

从传统发电方式走向再生能源发电方式，将对整个电业的结构有钜大的改变，首先，不再是一个集中的大电厂例如1000MW的燃煤电厂进行发电，而是由各个小型分散型的发电系统进行发电。

而且，在此结构下，多半由发电的当地就消化了。如此可节省大量的因运输而损耗的能源。另外，在分散型的发电方式概念下，也应该去推动真正的汽电共生 ，而集中型的发电厂往往无法利用废热，就任凭浪费在大气之间，极为可惜。

而且，在分散型的电力系统下，风险也相对地分散了，而不是集中的，才能在灾难或事故发生时，不致全地区陷入无电状态。

对生态环境的影响

在谈论“对环境的影响”，可以依“产品生命周期”分成三个阶段：制造, 营运，还有最后报废 ，如下依各种能源发电形式说明之：

燃煤发电

为了有所比较，先在此介绍一下“燃煤发电”对生态环境的影响。从煤矿开始至采煤，都是对生态极大的破坏。其影响面积以及过程中排出的粉尘以及各种有毒物质的污染，都是有害健康以及环境的。举德国为例：每年针对鲁尔区竭煤以及硬煤所给予的补助种类可见：对地下水被超抽以及回复露天采矿地给予每年5亿欧元，以及将30万民众移离原有居住地区，并俢护超过100平方公里的面积等。 而燃煤发电亦极为污染，产生二氧化硫，二氧化碳，灰渣等。

太阳能

太阳光电板的生产技术还在不断进步当中，就多晶硅光电板而言，其回收所需能源应花费约3.5年，就单晶硅光电板而言，其回收所需能源应花费约0.5-1年，而太阳光电板的设计夀命在20-30年。 在太阳光电板的制造过程，平均每一kW（千瓦）会需要12克的有毒重金属硅，这种有毒重金属不会伴随着产品，而是残留在工厂。所以制成的太阳光电板本身是无毒而可以作为回收使用的 。太阳光电板中含碲化镉者（First Solar为着例），则该芯片本身含有毒的重金属，可是芯片本身还是可以回收使用。

风力

风电产生电的过程中，最为人诟病者为噪音，保持适当距离或改良设计就不会发生困扰，目前甚至已经有产品已经安静到可以放在住家屋顶。此外，其他废弃物、废水、废气等都不会排放。至于日后报废，整座风机都可以重新回收，其中82%是来自钢铁，8%是玻璃纤维的叶片部分，还有3%是铜，另外7%是铝、电子以及一些液体 。但规划不当的风机可能会危害其周边栖息鸟类或途经候鸟。

生物质能

在利用生物质能的方式若是用燃烧者，则在燃烧过程中，视其内容物而可能会释放出伤害健康的物质，例如氮氧化物、二氧化硫、以及粉尘等，在德国，此类的炉子有相关规定限制其临界值以及有不同的过滤方式。

此外，针对种植供给生物质能的经济作物，所使用的农地可能会与种植粮食作物的农地会有冲突，也会跟需要保护的生态敏感地冲突，例如在热带种植的棕榈油就常被人批评，因为热带雨林具有维护物品多样性以及储藏二氧化碳的功能，一旦被放火摧毁殆尽，大量的二氧化碳又在燃烧过程中被释放出来 。

与电业自由化的关系

在德国已开放电业自由化十几年了（自1998年4月），可是还离真正的自由竞争市场很远。因为有四家大电力公司还占有82%的市场，这种寡头独占并利用其市场地位进行不公平竞争的现象，已多次被欧盟公平交易委员会所叱责 。 德国的再生能源法让所有的再生能源业者，不论是个人或企业都可以带着自己的发电厂参与市场，再生能源业者可以自由使用这四家大公司的电网，可是要支付过高的“过路费”，这种现象是极为不公平的，所以有不断地呼声要求电网应与电厂经营分开 ，以免“球员兼裁判”造成不公平竞争，最终肥了电力公司，吃亏的还是最终消费者。

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