mini|Weltweite Entwicklung der erneuerbaren Energien bei der Stromerzeugung mini|Beispiele der Nutzung erneuerbarer Energieträger: Biogas, Photovoltaik und Windenergie mini|Weltweiter Primärenergieverbrauch nach Jahr mini|Anteil erneuerbarer Energien am Endenergieverbrauch
Als erneuerbare Energien (EE) oder regenerative Energien, auch alternative Energien, werden Energiequellen bezeichnet, die im menschlichen Zeithorizont für nachhaltige Energieversorgung praktisch unerschöpflich zur Verfügung stehenVolker Quaschning: Regenerative Energiesysteme. Technologie – Berechnung – Simulation. 8., aktualisierte Auflage. München 2013, S. 34. Münster 2011, Physikalisches Institut, Didaktik der Physik, FAU Erlangen-Nürnberg, Erlangen. oder sich verhältnismäßig schnell erneuern. Damit grenzen sie sich von fossilen Energiequellen ab, die endlich sind oder sich erst über den Zeitraum von Millionen Jahren regenerieren.
Erneuerbare Energiequellen gelten, neben der effizienten Nutzung von Energie, als wichtigste Säule einer nachhaltigen Energiepolitik und der Energiewende.Who we are In: Sustainable Energy For All. United Nations, 19. Juni 2012. Zu ihnen zählen Bioenergie, Geothermie, Wasserkraft, Meeresenergie, Sonnenenergie und Windenergie.Internationale Organisation für erneuerbare Energien: Definition nach Artikel III der Satzung vom 26. Januar 2009 (, zweisprachig). Ihre Energie beziehen sie von der Kernfusion der Sonne, die bei weitem die wichtigste Energiequelle ist, aus der kinetischen Energie der Erddrehung und der Planetenbewegung sowie aus der erdinneren Wärme.
Der Ausbau der erneuerbaren Energien wird in vielen Staaten weltweit vorangetrieben.Valentin Crastan: Elektrische Energieversorgung 2. Berlin/Heidelberg 2012, S. 192.Benjamin Biegel, Lars Henrik Hansen, Jakob Stoustrup, Palle Andersen, Silas Harbo: Value of flexible consumption in the electricity markets. In: Energy. 66, 2014, S. 354–362, doi:10.1016/j.energy.2013.12.041. Im Jahr 2023 deckten moderne erneuerbare Energien – d. h. ohne traditionelle Biomassenutzung zum Kochen und Heizen – 13,5 % des weltweiten Endenergieverbrauchs. Gut die Hälfte davon (7,8 %) entfiel auf Ökostrom aus Wasserkraftwerken-, Solar- und Windkraftanlagen, geringere Teile auf erneuerbare Wärme (4,5 %) bzw. Biokraftstoffe im Verkehrswesen.Renewables 2025. Global Status Report. Internetseite von REN21. Abgerufen am 22. April 2026.
Eine große Rolle spielen erneuerbare Energien bei der globalen Stromerzeugung. 2025 lieferten sie mit 10.730 TWh bzw. einem Anteil von 33,8 % erstmals mehr Strom als Kohlekraftwerke (10.476 TWh, 33 %) und waren damit die weltweit wichtigste Stromquelle. Den größten Anteil hatte die Wasserkraft mit 14 % gefolgt von Solarenergie und Windenergie, die mit Anteilen von 8,7 bzw. 8,5 % nur noch minimal hinter der Kernenergie (8,9 %) lagen. Sonstige Erneuerbare kamen auf 2,5 %.Global Electricity Review 2026. Ember Climate. Abgerufen am 21. April 2026.
Erneuerbare Energiequellen Die Bezeichnungen „erneuerbare Energien“ und „Energiequellen“ sind nicht im Sinne der Physik zu verstehen, denn Energie lässt sich nach dem Energieerhaltungssatz weder vernichten noch erschaffen, sondern lediglich in verschiedene Formen überführen.Wolfgang W. Osterhage: Energie ist nicht erneuerbar: Eine Einführung in Thermodynamik, Elektromagnetismus und Strömungsmechanik. (essentials) Springer Spektrum, Wiesbaden 2014, ISBN 978-3-658-07634-4. Auch aus erneuerbaren Energien gewonnene sekundäre Energieträger (Elektrizität, Wärme, Kraftstoff) werden als erneuerbare Energien bezeichnet.Martin Kaltschmitt, Wolfgang Streicher, Andreas Wiese (Hrsg.): Erneuerbare Energien. Systemtechnik, Wirtschaftlichkeit, Umweltaspekte. Berlin/Heidelberg 2006, S. 4. Als Bezeichnung für thermische Energie, die aus Geothermie, Solarthermie oder Bioenergie gewonnen wird, und für die indirekte Nutzung von Sonnenenergie durch Solararchitektur wird auch die Bezeichnung erneuerbare Wärme verwendet. Elektrizität aus erneuerbaren Energiequellen wird auch als Grünstrom und Ökostrom bezeichnet.
In diesem Sinne wäre es korrekt, von erneuerbaren Primärenergiequellen zu sprechen, die aus lang andauernden Prozessen gespeist werden. Die Basis für die erneuerbaren Energien bilden die drei Energiewandlungen der Kernfusion in der Sonne, radioaktiver Zerfall im Erdinneren bei der tiefen Geothermie und im Falle der Gezeitenkraft die Bewegung von Himmelskörpern im Gravitationsfeld. Die mit Abstand ergiebigste Form ist dabei die Sonnenenergie, deren jährliches Energieangebot auf der Erde 3.900.000 EJ (Exajoule) beträgt. Geothermie stellt 996 EJ bereit, während die Gravitation 94 EJ liefert.
Die auf die Erde eingestrahlte Sonnenenergie entspricht mehr als dem Zehntausendfachen des aktuellen menschlichen Energiebedarfs.Valentin Crastan: Elektrische Energieversorgung 2. Berlin/Heidelberg 2012, S. 13. Erdwärme und Gezeitenkraft liefern deutlich geringere, aber im Vergleich zum menschlichen Bedarf hohe Beiträge. Rein physikalisch betrachtet steht damit ein Vielfaches der Energie zur Verfügung, die in absehbarer Zukunft gebraucht werden wird, auch wenn sich das hier genannte theoretische Potential u. a. durch technische und ökologische Belange reduziert. Auch die notwendigen Techniken sowie die Konzepte zur Realisierung einer nachhaltigen Energieversorgung gelten als vorhanden.Volker Quaschning: Regenerative Energiesysteme. Technologie – Berechnung – Simulation. 8., aktualisierte Auflage. München 2013, S. 53.
Die Internationale Energieagentur (IEA) geht im WEO 2020 davon aus, dass weltweit bis 2030 knapp 40 % des Elektrizitätsbedarfs durch erneuerbare Energien gedeckt werden, mit der Photovoltaik als zentralem Treiber (geschätzt 13 % Wachstum p. a. von 2020 bis 2030). Laut einem IPCC-Bericht aus 2012 könnten unter optimistischen Annahmen bis 2050 sogar 77 % des weltweiten Primärenergieangebots aus erneuerbaren Energien stammen.
Sonnenenergie (Strahlungsenergie)
mini|Theoretischer Platzbedarf für Solarkollektoren, um in Solarthermischen Kraftwerken den Strombedarf der Welt, Europas (EU-25) oder Deutschlands zu erzeugen2005
Die Sonne emittiert große Mengen Energie, die als Solarstrahlung (elektromagnetische Wellen) die Erde erreicht. Die von der Sonne auf die Erde abgestrahlte Leistung beträgt circa 174 PW (Petawatt). Etwa 30 % der Strahlung wird reflektiert, sodass circa 122 PW die Erde (Erdhülle und Erdoberfläche) erreichen. Das sind ungefähr 1.070 EWh (Exawattstunden) im Jahr und damit derzeit circa das 7.500 fache des Weltjahresenergiebedarfs.
mini|11,5 kWp Eigenverbrauchs-PV-Anlage, deren Überschussstrom ins öffentliche Netz eingespeist wird. Sonnenenergie lässt sich direkt oder indirekt vielfältig nutzen. Die direkte Nutzung erfolgt mit Photovoltaikanlagen sowie als Sonnenwärme. Daneben „liefert“ die von der Atmosphäre und von der Erdoberfläche absorbierte Sonnenenergie mechanische, kinetische und potentielle Energie. Potentielle Energie entsteht, indem durch atmosphärische Prozesse Wasser in höhere Lagen transportiert wird. Die Sonnenenergie erzeugt zudem in der Atmosphäre durch meteorologische Prozesse Winde. Diese Winde (= bewegte Luftmassen) enthalten kinetische Energie (Windenergie); sie erzeugen auf den Meeren Wellen (Wellenenergie). Pflanzen absorbieren die Strahlung im Zuge der Photosynthese und fixieren sie in Biomasse, die zur Energiewandlung genutzt werden kann. Auch die Nutzung der Umgebungswärme mittels Wärmepumpen mit oberflächennahen Erdwärmekollektoren oder von Luft-Luft-Wärmepumpen zählt zur Solarenergie.
Grundsätzlich kann die Energie der Sonne neben der direkten Nutzung auch in Form von Bioenergie, Windenergie und Wasserkraft indirekt verwertet werden. Mögliche Nutzungsformen sind: Sonnenenergie Photovoltaik (Photovoltaikanlage) Solarthermie (Sonnenkollektor, Solare Fernwärme, Sonnenwärmekraftwerk) Solarchemie Aufwindkraftwerk mini|Holz ist der wohl am längsten genutzte Träger erneuerbarer Energie Bioenergie (aus Biomasse in unterschiedlichster Form, siehe Artikel biogener Brennstoff und Biokraftstoff) Holz Pflanzenöl Biodiesel Bioethanol und Cellulose-Ethanol Biogas BtL-Kraftstoffe Biowasserstoff Muskelkraft (Gehen, Fahrrad, Draisine, Göpel, Tretmühle, Zugtiere) Wasserkraft Staudämme und Staumauern Laufwasserkraftwerke, Wassermühlen, Strom-Bojen Wellenenergie des Meeres Strömungsenergie des Meeres Meereswärme Osmosekraftwerk (unterschiedlicher Salzgehalt von Süß- und Salzwasser) Gnepfe (Hammerwerke) Schöpfräder, Wasserkunst, Hydraulischer Widder mini|Nutzung der Windenergie durch Windkraftanlagen Windenergie Windkraftanlage Flugwindkraftwerk Windmühlen Segelschiff
Geothermie (Erdwärme)
mini|Geothermisches Kraftwerk im Isländischen Krafla
Die im Erdinneren gespeicherte Wärme stammt zum einen von Restwärme aus der Zeit der Erdentstehung. Zum anderen erzeugen dort nukleare Zerfallsprozesse primordialer Radionuklide und die durch Gezeitenkräfte verursachte Reibung zwischen fester Erdkruste und flüssigem Erdkern laufend weitere Wärme. Sie kann für Heizzwecke (vor allem oberflächennahe Geothermie) oder auch zur Stromerzeugung (meist Tiefengeothermie) genutzt werden.
In Deutschland, Österreich und der Schweiz finden sich hauptsächlich Niederenthalpie-Lagerstätten. In diesen Lagerstätten strömt die Wärme aus den tieferen Schichten aber nicht in dem Maße nach, wie sie durch eine geothermische Anlage entnommen wird, so dass sich der Bereich der Entnahmestelle abkühlt und die Entnahme nur über einen begrenzten Zeitraum von einigen Jahrzehnten möglich ist, nach der eine Regeneration des Wärmereservoirs notwendig wird. Oberflächennahe Anlagen können allerdings im Sommer mit Wärmeenergie aus Kühlprozessen aufgefüllt werden, indem die Transportrichtung der Energie umgekehrt wird. Geothermieprojekte erfordern eine sorgfältige Erkundung und Analyse der geologischen Gegebenheiten, da Eingriffe in den Schichtenaufbau schwerwiegende Folgen haben können.
Planetenbewegungen und Gravitation Die Anziehungskraft (Schwerkraft) von Sonne und Mond (und anderen Himmelskörpern) verursacht in und auf der rotierenden Erde die Gezeiten, wobei die Drehgeschwindigkeit der Erde durch diese Energieumwandlung allmählich abgebremst wird. Die dadurch induzierten Strömungen können als mechanische Energie in Gezeitenkraftwerken und Meeresströmungskraftwerken genutzt werden. Diese Anziehungskräfte führen außerdem zu Deformationen des Erdkörpers und dadurch in der festen Erde und im flüssigen Erdkern zu Reibung, die dem Erdinneren weitere Wärme zuführt. Die Reibungsleistung beträgt ca. 2,5 TW (Terawatt), das wirtschaftlich nutzbare Potenzial wird auf etwa 9 % dieser Leistung geschätzt.Valentin Crastan: Elektrische Energieversorgung 2. Berlin/Heidelberg 2012, S. 12. Mechanische Energie entsteht in diesem Zusammenhang aber auch durch Wechselwirkung mit dem Wetter, dessen Energie indirekt durch Wasser- und Windkraftwerke genutzt wird.
Einbindung erneuerbarer Energien in das Energiesystem Strom kann im Übertragungsnetz nicht gespeichert werden, somit müssen die Stromein- und -ausspeisung immer gleich hoch sein. Dies bedeutet, dass die Produktion und der Verbrauch von Energie stets im Gleichgewicht sein müssen. Dieses Gleichgewicht gewährleistet den sicheren und stabilen Betrieb des Netzes bei einer konstanten Frequenz von 50 Hertz. Die europäischen Übertragungsnetzbetreiber stellen sicher, dass die Frequenz im europäischen Verbundnetz jederzeit eingehalten werden kann.
Dies geschieht durch die Beschaffung und Bereitstellung von Regelleistung. Im Zusammenhang mit dem Ausbau der erneuerbaren Energien wird der Regelleistungsbedarf kontrovers diskutiert. mini|637x637px|Last, Wind- und Solarerzeugung in Deutschland und Luxemburg Jan 2024, Daten Entso-E Transparenzplattform