新能源是相对常规能源的广义概念 ， 主要指还没有被大规模利用，正在积极研发开发的能源，或者是采用新技术和新材料，在新技术基础上系统地开发利用的能源。 联合国开发计划署 （UNDP）将新能源细分为大中型水电，风能、小水电、现代生物质能等新 可再生能源 ，以及传统生物质能共三大类。 新能源普遍具有绿色、低碳，不存在资源枯竭风险，能源价格低等特征。
19世纪70年代至20世纪初， 发电机 与 内燃机 等技术发展使石油、天然气在 一次能源 中占比超过了煤炭，成为主导能源；同时，电力的出现作为清洁高效的二次能源，革新了人类能源使用方式。 20世纪70年代以来，相继爆发的 中东战争 、 两伊战争 、 海湾战争 等，分别引发了石油危机。 这一时期， 氢能 经济作为 可持续能源 方案被首先提出。 1981年， 联合国 召开了“联合国新能源和 可再生能源 会议”，会议提出以新技术和新材料为基础，推动传统的可再生能源得到现代化的开发和利用，利用新能源来取代资源有限的传统能源。 进入21世纪，以风电和 太阳能 为主的新能源发展受到重视。 2015年至2021年，中国新能源领域研究产出位居全球第一，紧随其后的是 美国 、 德国 、 韩国 和 日本 。 2022年，国际可再生能源署（IRENA） 发布《世界能源转型展望》，提出在可再生能源、绿色氢和可持续现代生物质能推动下，实现所有最终用途脱碳。 2023年，全球总发电量约29%来自 可再生能源 。
截至2015年，全球有173个国家分别制定了各自的新能源发展目标，同时，新能源在全部能源消费中的比例正在不断上升。而能源变革将把人类生活带入一个全新的 电气化 时代，比如，风力、 太阳能 的电力生产方式更加简单，大量燃烧及旋转设备将被取代；在占石油消耗约70%的 交通运输 领域， 氢能 和 蓄电池 将取代内燃 发动机 作为动力；储能产品改善了 电力系统 的运营效率并延长升级改造周期，从而降低投资和用电价格。
定义及特征
新能源是目前还没有大规模利用、正在积极研究开发的能源，或者采用新技术和新材料，在新技术基础上系统地开发利用的能源。新能源是相对于常规能源而言的，在不同历史时期和科技水平下，新能源的含义也不相同。 各国对新能源和 可再生能源 称谓有所不同， 但共同的认识是，除常规的化石能源和 核能 之外，其他能源都可称为新能源或可再生能源。 按照 国际能源机构 （IEA）推荐，新能源主要为 太阳能 、 地热能 、 风能 、 海洋能 、生物质能、 氢能 、水电（主要指小水电）和 可控核聚变 能。 而 联合国开发计划署 （UNDP）则是将新能源细分为大中型水电，风能、小水电、现代生物质能等新可再生能源，以及传统生物质能共三大类。
新能源有三个主要特征。一是绿色、低碳，如风电、光电让人与自然更加和谐友好；二是不存在资源枯竭风险，比如，与煤炭、石油和天然气相比，风力和太阳能可谓取之不尽、用之不竭；三是能源价格低，在新一轮的能源转型中，新能源生产 边际成本 趋近于零，而且随着技术进步和规模化带来的单位造价持续下降，用不了多久，新能源的使用价格将全面低于传统化石能源的价格。
发展历程
18世纪末到19世纪，以 蒸汽机 发明和煤炭大规模利用为主要标志，人类能源使用从薪柴时代迈入煤炭时代。19世纪70年代到20世纪初，以 发电机 、 内燃机 等的发明与使用为标志，石油、天然气在 一次能源 消费结构中的占比超过了煤炭，成为人类生产和生活的主要能源；期间，电力作为清洁、便利的二次能源，改变了人类能源使用的方式。
20世纪70年代以来，相继爆发的 中东战争 、 两伊战争 、 海湾战争 等政治因素，分别引发了3次石油危机。 氢能 经济作为 可持续能源 方案在20世纪70年代首先提出，人们希望以用之不竭的太阳光驱动，把水分解为 氢气 和 氧气 。 进入21世纪，随着人类技术进步和环保意识日益提高，以风电和 太阳能 为主的新能源发展受到重视。
2004年， 女王陛下政府 在能源领域宣布重点发展组合技术，包括 可再生能源 创新、碳减排技术和氢能发展技术等。
2005年8月， 美国 政府颁布《能源政策法》加大对 太阳能 、 地热能 、生物质能的资助力度； 之后出台《清洁能源法》以促进清洁可再生能源发展。
2006年3月，经 欧盟 25国公布《能源政策》绿皮书确定绿色能源是欧盟未来能源安全战略发展的核心，其主要内容包括鼓励对绿色能源的研究、开发与利用，发展水、风、地热、 潮汐 等绿色可替代能源。
2011年7月， 德国 制定“能源转型计划”，旨在用 太阳能 、 风能 以及其他 可再生能源 取代煤炭、天然气等化石燃料，减少碳排放。
2015年，德国50 赫兹 输电公司在玻罗的海沿岸到 捷克 边境地区电网范围内的 清洁能源 供电比例达49%，其中38%来自太阳能和风能。输电公司总部时刻监控 太阳 能和风能的实时发电量，同时购买风力风向预测报告和太阳强度预测报告，其风力预测准确率达96%~98%，太阳强度预测准确率达93%~95%。其精确的预测避免了2015年的“ 日食 电力大崩溃”。 同年，全球 可再生能源 发电新增装机容量首次超过常规能源发电装机。
2016年， 德国 可再生能源利用占比达32%，在每年5月的某一天，德国全境能源供应都来自可再生能源。
2018年，中国对可再生能源投资达912亿美元，约占世界的三分之一； 美国 可再生能源投资485亿美元； 欧盟 为612亿美元。 联合国 再生能源咨询机构REN21的一份报告显示，至2019年，中国连续七年成为全球可再生能源最大投资国。
2020年， 德国联邦议院 通过《 可再生能源法 》修正案，取消 光伏发电 上限限制及风电建设“一公里”要求。
2022年，国际 可再生能源 署（IRENA） 发布《世界能源转型展望》提出在可再生能源、绿色氢和可持续现代生物质能推动下，以 电气化 和 能源效率 为主要驱动力，实现所有最终用途脱碳。
英国 《自然》增刊《2022自然指数-能源》 数据显示，2015年至2021年，中国 清洁能源 领域研究产出位居全球第一，紧随其后的是 美国 、 德国 、 韩国 和 日本 。
2023年，全球总发电量约29%来自可再生能源。 截至2023年底，中国可再生能源发电总装机达15.16亿千瓦，占全国发电总装机的51.9%，接近全球可再生能源发电总装机的40%。其中，水电总装机4.22亿千瓦、风电总装机4.41亿千瓦、 太阳能光伏 总装机6.09亿千瓦。同期， 中国核能电力股份有限公司 发电装机容量为5691万千瓦；
2024年4月，《中华人民共和国能源法（草案）》公开征求意见，明确中国将 可再生能源 列入能源发展优先领域。
新能源类型
太阳能
太阳 能（solar energy ）是太阳内部高温 核聚变 反应所释放的 辐射能 ， 由太阳中的氢经过聚变而产生，以辐射形式每秒钟向太空发射3.8×10 19 MW能量，其中有二十二亿分之一投射到 地球 表面，地球一年中接收到的 太阳辐射 能为1.8×10 18 千瓦小时，是全球能耗的数万倍； 太阳 照亮地球40分钟所产生的能量，相当于全世界人类消耗的能量总量。太阳能取之不尽用之不竭，地球上所需的能量直接或间接来自太阳能，而太阳能是绝对清洁、无污染的。 太阳能 光热发电作为世界各国新能源利用的前沿科技，具有零消耗、零污染、零排放和寿命周期长的优势， 且对资源无地理限制，只需很短时间获得。其缺点是光电转换效率不高，约15%左右，且不稳定； 太阳能发电 需选择合适的 太阳辐射 ，在阳光不足的阴天或雨天，太阳能光伏转换的效率会大大降低。此外，太阳能集热材料也有待改进、光伏发电成本较高等。
地热能
地 热能 （geothermal 能量 ）是 地球 内部蕴含的热能，是驱动地球内部一切热过程的动力源，其热能以传导形式向外输送。 地热能是由 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，是引致火山爆发及地震的能量。 地热能利用储存在内层的地球热量，并在地下吸收热量，用于 热泵 、发电和供暖等各种用途。 其中，深层地热能应用有地热发电和直接利用；浅层地热应用主要是地源 热泵 和水源热泵。 地热能优点是地热源无间歇性，稳定性好，地热发电平均利用系数高达80~90%，远高于光电、风电等；带动系数高，具多种综合利用价值如旅游等相关产业；环境友好，仅钻井过程中有一些 硫化氢 （H 2 S）释放，合理回灌条件下可基本做到零排放；成本低，瑞士信贷银行最新评估地热电成本约每千瓦小时3.6美分，大大低于 太阳能 、 风能 和煤电等。 由于海底可以找到丰富的地热资源， 地热能 的增长潜力取决于海上 钻探 技术的进步。
风能
风能（wind 能量 ）是 地球 表面空气流动所形成的动能。风能是 太阳能 的一种转化形式。地球上和大气层中各处接收到的 太阳 辐射能 能量不同，温度不同，从而引起各处大气层压力分布不平衡，在气压梯度作用下，空气流动形成风能。风能的大小决定于风速和空气的密度。 风能属蕴藏量丰富、永不枯竭、清洁无污染的 可再生能源 ， 其利用历史可追溯到公元前5000年，当时风能被用来推动 尼罗河 沿岸的船只；公元前200年， 中国 使用了简单的风力水泵， 波斯 和中东地区使用带有编织芦苇叶片的风车研磨谷物。 风力发电 的主要优势，一是运营成本低；二是与化石燃料和 核能 相比，在经济上具有竞争力；三是设计寿命长（约30年）。其缺点在于风力发电是间歇性的，且建设成本高，特别是海上风电场。目前，通过运营海上风 电场 获得的效率优势并不能弥补更高的初始资本、运营和维护成本。而且，大型风电场产生视觉污染、涡轮机噪音高。在实践中，大部分风吹过海洋难以或不可能被利用；此外，由于全球风向模式导致的地理限制使一些地区的风力较弱。
海洋能
海洋能（ocean 能量 ）通常是指蕴藏在海洋中的 可再生能源 ，包括 潮汐能 、 波浪能 、 海流能 （潮流能）、海水温差能、海水盐差能及海草燃料能等。广义的海洋能源还包括海洋上空的 风能 、海洋表面的 太阳能 及海洋生物质能等。 海洋能按储存形式可分为 机械能 、 热能 和 化学能 。其中，潮汐能、海流能和波浪能为机械能，海水温差能为热能，海水盐差能为化学能。海洋能是一种具有巨大能量的可再生能源，其蕴藏丰富，分布广且清洁无污染， 地球 海水容积达1.37×10 9 立方千米。 但能量多变且不稳定，开发比较困难；但地域性强，能量密度低，利用效率不高，经济性差。 由于 海洋能 目前尚不成熟，且与其他能源相比，全球兴趣较小，仅小型 热带 岛屿可能具有更好的前景。这是由于辅助效益（淡水、水产养殖、空调等）对其经济可行性的贡献。在日本、夏威夷、 印度 、中国、 巴哈马 和美属维尔京群岛，已经尝试了这些系统的部署，并取得了各种成果。
潮汐 能（Tidal 能量 ）是潮汐运动时产生的能量，是人类利用最早的海洋动力资源。 中国 在 唐朝 沿海地区就出现了利用 潮汐 来推磨的小作坊；11~12世纪，法、英等国也出现了潮汐磨坊；20世纪，人们开始利用海水上涨下落的 潮差 能来发电， 潮汐 能量与 潮差 大小和潮量成正比。 据估计，全世界的海洋潮汐能约有20亿多千瓦，每年可发电12400万亿度。世界上第一个也是最大的潮汐发电厂就处于 法国 的 英吉利海峡 的 朗斯河 河口，年供电量达5.44亿度。
波浪能 （Wave 能量 ）主要是由风的作用引起的海水沿水平方向周期性运动而产生的能量。波浪能是巨大的，一个巨浪就可以把13吨重的岩石抛出20米高，一个波高5米，波长100米的海浪，在一米长的波峰片上就具有3120千瓦的能量，由此可以想象整个海洋的波浪所具有的能量该是多么惊人。据计算，全球海洋的波浪能达700亿千瓦，可供开发利用的为20~30亿千瓦，每年发电量可达9万亿度。 波浪能量与波高的平方和波动水域面积成正比。
海流（Ocean Currents）遍布大洋，纵横交错，川流不息，其蕴藏的能量可观。例如世界上最大的暖流- 墨西哥 洋流，在流经北欧时为1厘米长海岸线上提供的热量大约相当于燃烧600吨煤的热量。据估算世界上可利用的 海流能 约为0.5亿千瓦，且利用海流发电并不复杂。
海洋温差能（Ocean Thermal 能量 ）又叫海洋 热能 。海水热容量很大，其容纳的热量约有99.99%来自 太阳辐射 ，因此，海水热能随着海域位置的不同而差别较大。 低纬度海面水温较高，与深层水形成温度差，可产生热交换，其能量与温差的大小和热交换水量成正比。 海洋热能是 电能 的来源之一，可转换为电能的有20亿千瓦。1881年， 法国 科学家德尔松石（Delzonite）首次提出海水发电的设想，但直到1926年，他的学生克劳德（Claude）才实现老师的夙愿。
海水盐差能（Salinity Gradient 能量 ）又称海水 化学能 。一般在河口水域，因入海径流淡水与海洋盐水间有盐度差，若隔以 半透膜 ，淡水向海水一侧渗透，可产生渗透压力，该能量与压力差和渗透能量成正比。
生物质能
生物质 能（biomass energy ）蕴藏在生物质中，是由绿色植物通过叶绿素将 太阳能 转化为化学能储存于生物质内部的能量， 是 可再生能源 中唯一具备多元化利用的能源品类。生物质能可转化为 固体酒精 、液体燃料和气体燃料。
生物质能主要用于发电、供热（冷）、交通燃料和工业原料等。 其中， 生物燃料 对环境和 公共卫生 会产生一些不利影响，如粮食短缺和不平衡、单一栽培、环境污染和生产成本高等。 据计算，世界 生物质 储存能量比目前全球能源消费总量大2倍。 丹麦 生物质直燃发电年消耗农林废弃物约150万吨，提供其电力供应的5%； 德国 利用生物废弃物干法发酵生产 甲烷 用于 热电联产 ，约占其电力能源的7%； 美国 和 奥地利 生物质能源分别占 一次能源 消费量的4%和10%。 中原地区 主要 生物质 资源年产生量约34.9亿吨，生物质能开发潜力约4.6亿吨标准煤；至2021年利用量仅0.6亿吨标煤，未来 生物质 能源化利用潜力巨大。
氢能
氢能（hydrogenic 能量 ）是燃烧氢所获取的能量。 氢的能源优势突出，其来源丰富、能量密度高、清洁无污染、 储运性好。 氢 约占 宇宙 物质总量的81.75%，在地球水体中储量丰富； 氢气 燃烧热值高，是汽油的3倍、 乙醇 的3.9倍、 冶金焦 的4.5倍；氢气燃烧产物只有水， 使用氢气储存能量取决于其生产过程。当前主要的氢气来源中，天然气占比48%，石油占比30%，水电解占比4%。其中，绿氢通过利用可再生能源电解水的技术制取。 氢能 与其他 可再生能源 的整合应用具有发展潜力。 氢能 利用包括燃料电池、 燃气轮机 （蒸汽轮机）发电、MH/Ni电池、 内燃机 和 火箭发动机 等。 氢能利用技术包括制氢技术、氢 提纯 技术和氢储存与输运技术。其中，制氢技术有化石燃料制氢技术、 水电解制氢 、固体聚合物 电解质 电解制氢、高温水蒸气电解制氢、生物制氢技术、 生物质 制氢、热 化学 分解水制氢及 甲醇 重整、H 2 S分解制氢等；储存技术包括液化储氢、压缩 氢气 储氢、 金属氢化物 储氢、 配位 氢化物储氢、 有机化合物 储氢和玻璃微球储氢等。 中国是世界第一产氢大国，年产能超过2000万吨，其中，煤、天然气、石油等化石燃料生产的 氢气 约占70%，工业副产气体制氢约占30%，电解水占不到1%。
核聚变能
核聚变能是轻 原子核 （氘和氚）结合成较重原子核（氦）时放出的巨大能量。 氢在高温高压下发生 核聚变 ，氢 原子 聚变成氦原子反应产生巨大能量，是人类社会未来极重要的能源。 氢是 宇宙 中最小原子，有三种 同位素 氕（H）、氘（D）、氚（T），氘原子和氚原子在一定条件下发生聚合，会产生一个氦原子和一个 中子 并释放更多能量。 海洋中氚储量是取之不尽用之不竭的 清洁能源 ，560吨氚可为全世界提供一年消耗所需能量； 海水中的 重水 存在大量D-T（氘核与氚核）。 核聚变 反应堆不产生硫、氮氧化物等污染物质，不释放 温室效应 气体； 核聚变产物氦是自然界广泛分布的惰性气体，其无色、无味、无辐射， 中子对堆结构材料的 活化 仅产生少量较易处理的短寿命放射性物质。 核聚变 危险性极小，一旦发生故障，堆内温度下降，核聚变反应会自动停止。
小水电
小水电是一种清洁、经济可靠的 可再生能源 。小水电水库建设和土建施工工程量较小，投资成本较低，生命周期约50年。截至2015年， 亚太地区 约占全球小水电份额的70.29%，在全球小水电开发市场中居主导地位， 欧洲 占该份额的12.91%。 水力发电 是一种零排放源，但也有许多缺点，如人口流离失所、建设和退出成本高、影响 生态环境 如当地动植物、 土壤侵蚀 和堆积、水质等，并可能增加洪水风险，如在印度北部 喜马拉雅山脉 地区发生的一些洪水与水电项目的问题有关。2019年，水力发电占全球能源的7%，占所有 可再生能源 的60%以上。
主要特点
优点
新能源主要来自于大自然，资源丰富且随时可用。除此之外，还具有可回收利用的优势，能确保其供应丰富。
新能源具有相当大的可持续性和持久性。新能源高效，可消除空气污染，不会对环境造成太大伤害；除了零排放、低排放带来的环保特性外，还是 可持续能源 。
新能源要么来自大自然，如 太阳 、风、 潮汐 、 地球 、热量等，要么是通过自然材料转化为能量，因此，其大多对环境的危害很小或没有，在减少温室气体排放方面作用显著。
使用新能源的主要优势是很容易在本地获得，因此，在新能源的广泛利用方面，无需承担网络成本。
新能源广泛分布在世界各地，可改善各地社会经济条件，为边远地区人民提供脱贫救助。
缺点
间歇性，意指有波动性而不可调度。部分新能源，如 太阳能 ，会因昼夜、四季的周期变化外，还常常受云层变化的影响，导致其有间歇性； 风能 因对天气敏感，具有输出波动，因为此类能源又被称为间歇性再生能源，有间歇性、可变性、随机性、不可调度的特性，无法为电网提供除提供一定能量以外的各种附加和强制性服务；同时，由于可变 可再生能源 易造成 电力系统 的不稳定。因此，部分新能源利用领域，需要采用技术手段来补偿电力系统的不稳定。
新能源是来自大自然补充但流量有限的能源，虽然在持续时间上几乎是取之不尽用之不竭的，但每单位时间内可用的能量却是有限的。
相比化石能源，新能源具有间歇性、 随机性 、波动性，因此对基础设施更为依赖。由于输电通道不足，一些地区新能源送出困难；由于 充电桩 数量不够，充电难是电动车使用的主要问题。
新能源的开发和使用往往有较高的技术要求，比如：为保障生态安全，大规模 光伏电站 建设时需要完善地面定位监测站点建设，并 定量分析 评估气候、土壤、 植被 等要素及 生态环境 的因素； 在风电机组运行寿命结束时，采用新材料或制造方法实现叶片的可回收利用，是风电行业新的研究方向； 甲醇 重整燃料电池在重整过程得到的 氢气 中包含了 一氧化碳 等 有毒气体 ，需 提纯 并降温（从超过200℃降到约80℃），要求投入额外的设备。
新能源的开发和使用往往有较高的成本，比如：水是最重要且唯一清洁的 氢能 来源，但受到 电解 效率低下和生产成本高的限制。
关键技术
新能源关键技术包括 核能 技术、 太阳能 技术、生物质能技术、 风能 技术、 锂电池 技术、 地热能 技术、 海洋能 技术等。其中核能技术与太阳能技术是新能源技术的主要标志。
太阳能光伏发电
太阳能光伏发电是利用半导体的光生伏打效应将 太阳辐射 能直接转换为 电能 。 光伏发电最基本单元是光伏电池。光伏电池具有光、电转换特性，可直接将 太阳 辐射能转换成 直流电 ；其特有的电特性是借助在晶体硅中掺入某些元素（如磷或硼等），从而在材料的分子电荷里造成永久的不平衡，形成具有特殊电性能的 半导体材料 。在阳光照射下具有特殊电性能的半导体内可产生自由电荷，这些自由电荷定向移动并积累，从而在其两端闭合时便产生电能，即“光生伏打效应”，简称 太阳能光伏 效应。一般，工厂、商业建筑屋顶面积大，屋顶开阔平整，适合安装光伏阵列以节省电费；农村建设分布式光伏系统可提高用电保障和 电能 质量。分布式光伏并网发电系统主要由光伏组件、 逆变器 、支架和线缆、 汇流箱 、交直流 配电柜 及监控系统等组成。而离网型光伏系统与其它能源互补 微网 发电系统适合在边远农牧区及海岛使用。
柔性单晶硅太阳电池技术
让太阳电池在变“柔”的同时保持高效、轻质、大面积、低成本，是科学家努力的目标，单晶硅太阳电池能将太阳光能转换成电能的光电转换效率可达26.8%的理论极限。 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 研究团队发现 硅片 的“力学短板”，即单晶硅太阳电池在被外力弯曲时，其裂痕总是从硅片边缘的“V”字型沟槽产生。通过处理让沟槽从“V”变成“U”，60微米厚的单晶硅太阳电池最小弯曲半径可达5毫米以下，还能重复弯曲，弯曲角度超过360度，在柔韧性增强的同时基本不影响太阳电池的光电转化效率。这项技术在可穿戴电子、 太阳能光伏 建筑一体化、航空航天等领域拥有巨大发展空间。
光电化学电解水技术
光电 化学 电解水技术是 太阳能 制氢方式之一，借由太阳能与催化剂将水分解成氢与氧。
光分解水制氢的本质是 半导体材料 的 光电效应 。当入射光的能量大于等于半导体的能带时，光能被吸收， 价带 电子 跃迁到 导带 ，产生光生电子和 空穴 。电子和空穴迁移到材料表面，与水发生 氧化还原反应 ，产生 氧气 和 氢气 。
2018年， 苏格兰 赫瑞瓦特大学 （Heriot-Watt）教授与 耶鲁大学 、 香港城市大学 、 华东理工大学 携手改良 太阳 能制氢技术，让氢气逐步成为再生能源一环节。以往PEC电解水技术需要消耗1.23电子伏特（eV），且只有某一UV波段才能促使其进行反应，导致大范围光谱被浪费。该团队研发酸碱值差异设计，将能量需求降至0.35eV，透过单独改变每个电极的pH值，让电解水制程的热力学全然不同，使PEC电解水技术可用范围更广的光谱、更便宜的方法来运作。目前该技术已应用于燃料电池中。
甲醇重整制氢技术
甲醇 和水的蒸气进入重整室通过高温（约250℃）反应后，最终产物是 二氧化碳 和 氢气 ，成分比例1∶3，但氢气中会掺杂着微量的 一氧化碳 。经过气体 提纯 后，高纯度的氢气进入燃料电池系统中，一氧化碳经过氧化后与二氧化碳一同排到大气中。氢气进入燃料电池系统后，后续过程与普通的燃料电池汽车无异，相比建设和运营 加氢站 网络，甲醇重整仅需在加油站的基础上增加甲醇水加注功能，设备更换成本低，操作方便。
核聚变技术
核聚变又称核融合、融合反应或聚变反应，是指由质量小的原子，主要是指氘或氚，在一定条件下（如超高温和高压），发生 原子核 互相 聚合作用 ，生成新的质量更重的 原子核 ，并伴随着巨大的能量释放的一种 核反应 形式。原子核中蕴藏巨大的能量，原子核的变化往往伴随着能量的释放。如果是由轻的原子核变化为重的原子核，叫核聚变，如 太阳 发光发热的能量来源就是 太阳 的核心部分在一刻不停地发生着核聚变反应。因此，核聚变技术也是一种实现 太阳能 级能源的方法，被科学家们称为“人造太阳”。
人类利用 核聚变 能一般采用磁约束和惯性约束控制。1968年， 俄罗斯 科学家首先提出用“托卡马克（Tokamak）”方法来约束核聚变； 欧盟 最早攻克磁约束技术，1984年，欧洲多国共同合作建成欧洲联合环状反应堆（Joint European Torus，JET）；2023年7月30日，美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的国家点火装置（NIF）系采用“ 激光 惯性约束”制造。 2023年，中国聚变研究实现多项技术成果，在氚回收、 等离子体 稳态 高约束等方面提升聚变落地可行性。 国际原子能机构 2023年12月发布的报告显示，中国 全超导托卡马克核聚变实验装置 创造403秒稳态高约束等离子体运行时长的新纪录，为2023年全球 可控核聚变 行业实现的三项重要进展之一。
近年来， 核聚变 技术取得了突破性的进展。随着 高温超导 技术、人工智能技术等的发展和应用，核聚变反应的可控性和稳定性得到了极大的提升。同时，新型材料的研发也为核聚变装置的制造提供了有力支持。这些技术突破为核聚变的商业化应用奠定了坚实的基础。据Coherent Market Insights和SkyQuestt测算，预计2024年全球核聚变市场规模将达到约3312.6亿美元，预计到2031年将达到4915.5亿美元，2024年至2031年的复合年增长率为5.8%。
相关材料
新能源材料覆盖了镍氢电池材料、 锂离子电池 材料、燃料电池材料、 太阳能电池 材料、反应堆 核能 材料、发展 生物质 能所需的重点材料、新型 相变 储能和节能材料等。其中，发挥重要作用的新能源材料有锂离子电池关键材料、 镍氢 动力电池 关键材料、 氢能 燃料电池关键材料、多晶薄膜太阳能电池材料、LED发光材料、核用锆合金等。
太阳能电池材料
多晶硅 是 太阳能 光伏发电 产业最基础的原材料。 晶硅太阳能电池寿命30年，基本免维护，寿命期内平均发电量1.5×30=45千瓦时，折标煤为19.73克标准煤/千瓦时，仅煤电的1/17。 全球 太阳能电池 市场目前以晶体硅电池为主， 发达国家 单晶硅电池转换率相继达到20%以上，多晶硅电池实验室转换效率达到17%。 美国 研制的高效堆积式多结 砷化镓太阳能电池 转换率达到31%，IBM公司多层复合砷化镓太阳能电池的转换率达到40%。
核反应堆材料
核反应堆材料 普遍使用锆合金作为堆芯结构部件和燃料元件包壳材料， 锆 2、Zr-4和Zr-2.5Nb是水堆用的三种最成熟的锆合金。在新一代压水堆电站中，新型锆合金获得广泛应用。其中， 美国 、 法国 和 俄罗斯 等国家开发的新型Zr-Nb系合金具有抗吸 氢能 力强，耐腐蚀性能、高温性能及加工性能好等特性，能满足60GWd/tU甚至更高燃耗的要求，并可延长换料周期；法国采用M5合金制成燃料棒，经在反应堆内辐照后表明，其性能大大优于Zr-4合金；法国法玛通公司的AFA3G燃料组件采用M5合金作为包壳材料等。
锂离子电池材料
小型锂离子（Li-ion）电池在信息终端产品（移动电话、 平板电脑 、数码摄像机）中的应用占据垄断性地位， 新能源汽车 用锂离子 动力电池 和新能源大规模储能用 锂离子电池 前景广阔。近十年来， 锂离子电池 比能量由100千瓦时每 千克 增加到180千瓦时每千克，比功率达到2000瓦/千克，循环寿命达到1000次以上，其中开发具有优良综合性能的正负极材料、工作温度更高的新型隔膜和加 阻燃剂 的 电解液 是提高锂离子电池安全性和 降低成本 的重要途径。
镍氢电池材料
全球已经批量生产的 混合动力汽车 大多采用镍氢动力电池。镍氢电池与常用的 镍镉电池 相比，容量可以提高一倍，没有记忆效应，对环境没有污染。镍氢动力电池发展方向为方形密封、大容量、高能比，其核心是储氢合金材料，主要使用的是RE（LaNi5）系、Mg系和Ti系储氢材料。
氢能燃料电池材料
氢燃料电池 是将 氢气 和 氧气 的 化学能 直接转换成 电能 的发电装置。 燃料电池的燃料电池电堆是核心部件，它负责将化学能转化为电能。 在材料及部件方面的研究包括 电解质 材料合成及薄膜化、 电极 材料合成与电极制备、密封材料及相关测试表征技术等。 如，采用金属有机框架（MOF）固体电解质材料，使用低酸度客体分子，可获得具有高导电性和耐用性的材料，从而提高氢燃料电池效率。
应用领域
新能源发电
新能源用于发电的方式有 太阳能发电 （离网型太阳能 光伏发电 、并网型太阳能光伏发电、 太阳 能光热发电、工业用光伏电源）、 风力发电 （离网型风力发电和并网型风力发电）、 生物质 发电（大中型 沼气 工程供气和发电、生物质直接燃烧发电、 生物质 气化供气和发电、城市固体垃圾发电）、地热发电和 水力发电 （并网水电站、离网小型水电站）等。 2023年全球新能源发电新增装机5.1亿千瓦，其中，中国新增装机突破3亿千瓦。中国新能源发电装机规模从2013年不到1亿千瓦，到2023年超10亿千瓦，完成10倍增长，占比超全球的三分之一。截至2024年6月底，中国新能源发电装机规模首次超过煤电。
光伏发电
世界最大装机容量和最大 熔盐 罐储热量的太阳能光热项目是迪拜马克图姆太阳能公园四期，其占地44平方千米，总体装机容量950兆瓦，光热项目总装机容量700兆瓦。该项目在白天利用熔盐大量储存阳光充沛时产生的 热能 ，在夜间或阴天时提供稳定电力，可24小时连续稳定地将 太阳能 转化为 电能 。 截至2022年，世界 太阳能光伏 装机容量一半在中国、 美国 和 欧盟 。其中，欧盟、 中原地区 和美国分别在2015年、2016年末和2021年初达到1亿千瓦。 据国际可再生能源署测算，为实现巴黎气候协定目标，2030年全球光伏累计装机量需超过54亿千瓦，是2023年全球累计装机量的4倍左右。
风力发电
欧洲 是世界领先风力发电地区之一。2022年，风电占 欧盟 用电量的16%，其中，陆上风电占装机容量的92%。据 欧洲议会 2023年9月提出的目标，到2030年欧盟国家可再生能源占总能源消费的比例将达到42.5%，大规模提高风电装机容量将是实现此目标的主要措施之一。 至2023年6月，中国风电装机总容量约为3.89亿千瓦； 2023年12月，中国在运最大陆上风电基地中国广核集团 兴安盟 300万千瓦风电项目全容量并网。 海上风电也是各国推进能源转型重要的战略方向， 从 丹麦 1991年建立的全球首个海上风电场，至2019年底，全球已建成150多个海上风电场。 2022年12月中国下线的采用全球规模最大最长的海上抗台风型叶片的超大容量海上风电机组，其年发电量6700万千瓦时，相当于8万名居民的年总用电量，可减少 二氧化碳 排放6.5万吨。
海洋能发电
海洋能 发电包括 潮汐发电 、波力发电、潮流发电、海洋温度差发电、海流发电和盐差能发电等。 其中潮汐发电和小型波浪发电技术已经实用化。 2016年，世界上第一个 潮汐 能发电场项目在苏格兰开始运行，采用水下涡轮机并由海洋潮汐驱动。 2012年开始，中国加大海洋能海上试验场建设并规划建设了山东威海、 浙江舟山 、广东万山三大国家海洋能试验场及示范基地。
热利用
新能源的热利用包括 太阳能 热利用（太阳能照明系统、太阳能交通工具、 太阳能光伏 海水淡化 系统、 太阳能水泵 、太阳能户用热水器、太阳能集中供热系统、 太阳能空调 系统、零能耗太阳能综合建筑）和 地热能 热利用（地热供暖， 地源热泵 供暖和/或空调、地下热能储存系统）。 其中，地热能广泛地应用于工业加工、民用采暖和空调、洗浴、医疗、农业温室、农田灌溉、土壤加温、 水产养殖 、畜禽饲养等各个领域。 地热直接利用总设备容量份额依次为地源热泵（占69.7%）、洗浴游泳（占13.2%）和常规地热供暖（占10.7%），温室、水产、工业、融雪等所占比例很小。由于地源热泵的节能、减排优势，世界地源热泵的增长远超地热直接利用和高温地热发电的发展速度，主要集中在北美、 欧洲 和中国，排名前5的国家分别是 美国 、中国、 瑞典 、 挪威 和 德国 。
生物燃料
乙醇 对排放很友好，可作为其他燃料（如汽油、喷气机和 柴油 ）的替代品或补充。在美国，E10（汽油与10%乙醇的 混合物 ）是一种常见汽车燃料；E85是含85%乙醇的汽油混合物，可与柔性燃料 发动机 一起燃烧；使用高乙醇汽油的汽车，其有害尾气排放很少。 2014年， 美国 和巴西大豆 生物柴油 产量均超过200万吨； 印度尼西亚 棕榈 生物柴油产量超过380万吨。
氢能经济
氢的属性有能源属性和化学材料属性，广义的 氢能 是各种工业化的过程，通过将 二氧化碳 和氢结合变成 甲醇 等储存下来，各种 烯烃 、 芳香烃 化学品都可经由甲醇获得，从而实现 绿色生产 。 2024年，中国中煤集团在 内蒙古自治区 鄂尔多斯市 上马10万吨绿色甲醇 规模化生产项目；华电集团在辽宁铁岭生产10万吨甲醇， 青海省 启动10万吨甲醇生产项目。 新能源汽车 也是氢能利用的先行领域， 使用氢能燃料电池作为 电动汽车 电源一直是人类汽车发展的目标之一。 其燃料气体来源丰富、效率高、无噪声、无污染，符合节约能源和生态环保的政策趋势，行业发展趋势向好。2017年至2021中国 氢燃料电池 产能年复合增速达39%，2021年，中国氢燃料电池产能规模超过420兆瓦。
国际合作
中欧新能源合作
2023年12月， 比亚迪L3 宣布在 匈牙利 建新能源乘用车生产基地，成为中国电动汽车企业在 欧盟 的首个汽车工厂，预计3年内建成投运。
2024年5月， 中国石化 同法国 道达尔公司 签署了战略合作框架协议，将共同挖掘油气 钻探 开发、天然气和液化天然气（LNG）、炼油化工、工程贸易及新能源等全产业链的合作机会，以及可持续航空燃料，绿氢，碳捕集、利用与封存（CCUS）等低碳能源领域的合作机会。
除此之外，中欧还有许多新能源合作项目，比如：万帮数字能源与法国施耐德电气公司组建合资新能源公司，将共同开拓 欧洲 新能源市场，并就欧洲充电、储能等相关业务签署框架协议。远景科技与法国 苏伊士环境集团 签署合作项目协议，将在 锂电池 回收、绿色能源与碳管理数字平台等领域开展合作；与 法孚集团 将在欧洲开发风电、绿氢、绿氨等新能源项目。
中美新能源合作
1997年中美双方发布联合声明，确定了 清洁能源 合作领域，签订了《中美能源和环境合作倡议书》。 2006年，中美双方一致同意将发展新能源作为两国合作的重要领域；2009年，双方签署了清洁燃料领域合作、 二氧化碳 捕获和封存技术合作等三项合作协议；2011年，双方在智能电网、大规模风电开发、页岩气和航空生物燃料合作方面获得重要进展。 2020年，有关新能源的官方交流合作基本停摆，新能源也成了“脱钩”“ 去中国化 ”的领域。2023年11月，中美两国发表关于加强合作应对气候危机的阳光之乡声明。其中就“能源转型”提出，两国计划充分加快两国可再生能源部署，争取到2030年各自推进至少5个工业和能源等领域碳捕集利用和封存（CCUS）大规模合作项目等。 2024年5月，美国 特斯拉 储能超级工厂在上海临港正式开工，这是继上海超级工厂之后，特斯拉在中国的又一大型投资项目。
中英新能源合作
2011年起， 英国工程技术学会 （IET） 可再生能源 发电（PRGTM）系列会议轮流在 欧洲 和中国交替举办。其中，在中国上海举办的第八届可再生能源发电国际会议（ RPG7火箭炮 2019）议题涵盖 风力发电 技术和系统、 太阳能光伏 技术、 太阳能 热发电、 地热能 、燃料电池、波浪功率、 海流能 生物质 转化发电等多个技术领域。 2012年起，中国 国家能源局 和英国商业、能源和产业战略部每年轮流举办中英能源对话。两国政府在技术领域开展多层次深度合作，涉及深远海固定、浮式海上风电项目安装与运维，储能设计与部署， 氢能 生产、部署与应用，碳捕集、利用与封存，智能电网， 电力系统 灵活性等领域。2017年以来， 女王陛下政府 已经支持英企向30余个中国项目提供约12亿英镑 可再生能源 出口。2019年，英国国际贸易部和中国国家发改委签署关于在第三国合作的 备忘录 ，支持合作开展符合国际标准的可持续低碳项目。 2023年11月，中英氢能合作论坛在 曼彻斯特 举行。
中国与东盟新能源合作
中国以 亚太经济合作组织 （APEC）、 EAS 、东盟与中日韩领导人会议（10+3）、东盟与中国领导人会议（10+1）和 上海合作组织 为平台，加强区域一体化框架下的新能源合作。2010年，中国和东盟领导人发表《中国和东盟领导人关于可持续发展的联合声明》，提出“加强能效、新能源和可再生能源、减排、环保等领域科学研究和技术合作，促进高效、环保、节能技术和清洁技术的应用” 。APEC下设的能源工作组（EWG），是中国开展区域内新能源合作与交流的重要平台。 2024年7月24日，中国 国家电投 云南国际工程公司与 老挝 王氏投资独资有限公司在第8届 中国－南亚博览会 暨第28届 中国昆明进出口商品交易会 绿色能源馆签约仪式上签署 合作备忘录 ，双方将合作开发老挝南部新能源及配套的相关 可再生能源 项目群，总装机容量约100万千瓦。
中非新能源合作
2015年，“ 中国- 埃及可再生能源国家联合实验室”在北京成立。 埃及 拥有强光照、高风速和丰富的生物质能蕴藏量等发展新能源的优越自然条件，中国在 太阳能 、生物质能领域具有良好的技术和产业发展优势。 光伏发电 是中非清洁能源合作的重要内容。中国援助 马里 太阳能 示范村项目安装了1195套离网太阳能户用系统、200套太阳能路灯系统、17套 太阳能水泵 系统以及2套集中太阳能供电系统，为数万名当地居民提供了清洁可靠的电力。2019年，中企承建的东非地区规模最大的光伏发电项目 肯尼亚 加里萨50兆瓦光伏发电站正式投入运营，发电站年均发电量超过7600万千瓦时，可满足7万户家庭共计38万多人口的用电需求。2023年9月，中方在首届非洲 联合国气候峰会 上宣布实施“非洲光带”项目。将通过合作建设气候友好的“ 太阳能光伏 +”项目等方式解决至少约5万户非洲地区无电贫困家庭用电照明问题，助力非洲国家应对气候变化，推进绿色低碳发展。
弊端
截至目前，发展新能源的主要弊端在于二次污染，而新能源二次污染是指在新能源的生产、使用、以及废弃过程中产生的对环境和人类健康有害的污染。尽管新能源被广泛认为是清洁、可再生的能源形式，但其全生命周期仍然可能对环境带来一些负面影响。这些影响主要包括在新能源技术的制造、运输、安装、维护和废弃阶段释放的污染物，以及由于新能源设施建设和运营而引发的环境问题。
随着新能源技术的广泛应用，一些二次污染问题逐渐浮出水面。在国家相关部门对 新能源汽车 的大力支持下，再加上相关技术快速进步发展的情况下， 锂电池 行业得到了前所未有的强力驱动，市场份额高速增长。与此同时，新能源汽车废旧电池也开启了退役高峰。从 动力电池 原材料的开采、生产到最终的淘汰，每个阶段对环境都会有不同程度的污染和危害。
据相关资料显示，平均每生产一辆大型纯电动汽车，会产生约15吨 二氧化碳 ，其中电池占1/3，电池能量越大，生产时所产生的二氧化碳就会越多。而且新能源汽车所采用的 锂离子电池 等电池种类，包含着稀有金属和有毒物质，例如锂、镍、钴和有机 溶剂 等，其生产和提取过程可能会引起矿产开采和污染。同时，电池废弃处理需要进行严格的环保处置，以防止对土壤和水源造成二次污染。去年中国 新能源汽车 淘汰下来的废旧电池超过20万吨，电动车的电池寿命一般在4年到6年，大批量的废旧 动力电池 开始出现，到了2025年，中国淘汰动力电池会接近80万吨，而正规的新能源动力电池回收利用企业少之又少，因此， 新能源汽车电池 污染仍然是一个非常严峻的问题。
风电场在建设和运行过程中需要占用大面积的土地和树林，会破坏当地的生态系统平衡，影响当地动植物的 栖息地 和 迁徙路线 ，还对当地 水资源 和土壤质量造成影响。风电机组在运行时会产生一定的噪音，对附近居民的生活造成干扰和影响。此外，噪音污染还对当地野生动物造成影响，影响其生活和繁殖。风电机组的旋转叶片对鸟类造成伤害，尤其是大型 鸟纲 和候鸟。 风力发电 风机叶片 由 环氧树脂 复合材料 制成，其合成材料成分复杂且难以分解和回收，对环境造成威胁。
太阳能电池板 的制造需要使用化学品，如硅、镓、铅等，这些物质在生产和处理过程中对环境有害，废弃的太阳能电池板包含有毒元素，需要妥善处理，否则会对土壤和水体造成污染。
光伏电站 建设及规模化的光伏改变了 电场 周围地表分配，且随着规模不断扩大，势必会对局部地区及周边地区的生态要素环境等产生影响。 每生产1吨 光伏发电 原材料 多晶硅 会产生10～20吨 氯化硅 ，如不妥善处理，将导致环境污染。
水能设施的运行涉及 废水 排放，其中包含对 水生生物 有害的物质；小水电的运行会导致河流流态改变，支流河段的 水资源 枯竭、纵向连通性的丧失、鱼类受伤、鱼类 栖息地 退化以及鱼类/大型无脊椎动物群落组成的单一化等不可逆的影响不安全的 核能 设施可能导致辐射泄漏，对周围地区产生严重的次生影响。此外，新能源设施存在着一系列安全隐患，如爆炸、泄漏等，一旦发生将对周边环境和人民的生命安全造成威胁。
标准规范
中国国家统计局制定的《国民经济行业分类（GB/T 4754-2017）》，新能源行业被归入电力、热力生产和供应业（国统局代码D44）中的电力生产（D441），包含的统计4级代码有D4413（ 水力发电 ）、D4415（ 风力发电 ）、D4416（ 太阳能发电 ）、D4417（生物质能发电）、D4418（其他电力生产）。
发展趋势
主要趋势
新能源使人类能源使用从不 可再生能源 （化石能源和核裂变）逐渐向 核聚变 能或可再生能源过渡， 将人类生活带入一个全新的 电气化 时代。比如，风力、 太阳能 电力生产方式更加简单，大量燃烧及旋转设备将被取代；在占石油消耗约70%的 交通运输 领域， 氢能 和 蓄电池 取代内燃 发动机 作为动力，车辆内核设计将全部实现电气化；储能产品将改善 电力系统 的整体运营效率并延长升级改造周期，从而降低投资和用电价格。新能源还将推动水能发展，水电站大规模储存能量并可和其他新能源如太阳能、 风能 电站进行多能互补。
截至2015年，全球有173个国家分别制定各自新能源发展目标，新能源在全部能源消费中的比例不断上升。 2019年， 可再生能源 技术占全球所有 一次能源 的11%，预计到2040年将增加到40%。 欧盟 计划到2050年非化石能源在能源消费中的比重将达到75%； 瑞典 等国家提出到2040年电力消费100%将来自可再生能源；中国提出到2030年非化石能源占全部发电量比重将达到50%， 到2050年 太阳能 、 风能 、水能、 核能 、 海洋能 等 清洁能源 电力装机规模将达到36.2亿千瓦至46.4亿千瓦。 此外，构建新型能源体系可改变我国以高碳化石能源为主的传统能源结构，推动能源结构与产业结构向绿色低碳方向转型，提升我国能源产业基础高级化和产业链现代化水平，助力我国在全球绿色低碳产业竞争中巩固并提升优势。
面临的挑战
能源消费，主要是电力。从理论上，实践上，新能源（包括水电、核电、风电、太阳能和生物质能）在电力上完成对化石能源的全面替代都是完全可以做到的。事实上，现在有一些 欧洲 国家已经基本做到了。虽然风电、 太阳能光伏 等都是不稳定电源，波动性问题不可避免，但并不是不能解决。以储能为核心的多能互补的综合能源体系。比如，风、光之间是有互补性的，艳阳高照时，风一般不大，晚上没 太阳 了，风一般又比白天大；比如， 太阳能发电 ，除了光伏还有光热，光热发电储能小时数能到达16~24个小时，完全可以成为其他新能源的调峰电源，尽管光热目前仍然成本高企，但潜力也很大；除了新能源之间的互补，生物质能、水电、核电、包括传统火电，都能够成为 电力系统 稳定和调节电源。
多能互补能够削减新能源的波动性，但不能完全解决，储能仍然是新能源电力体系不可或缺的核心。目前 储能技术 在不同应用场景中有多种不同的技术路线，但都在快速发展。在电网储能上，有抽水储能、 压缩空气 储能、 飞轮储能 等在动力储能上 铅酸电池 、锂系电池、 液流电池 钠硫电池 等。在当前，储能技术整体上还不能具备足够的经济性。
储能经济性是新能源主导的电力体系的重中之重。但储能经济性的实现并不只是技术问题，更主要的是产业发展问题。比如 太阳能光伏 ，当前市场主流的技术路线，晶硅太阳能电池在上世纪五十年代就已经产生、实用化了，但最初成本高，除了军事和航天，谁都用不起。1998年， 德国 率先开始对光伏绿电上网展开大规模补贴，催生出了光伏的市场和产业，历经20多年发展，现在在很多地区，光伏已经是最便宜的电源。但这过程中，除了市场优势由多晶向单晶的转移，光伏的技术路线并无大的变化。成本的降低在于产业规模扩张，边际生产成本降低，以及工艺技术在市场发展过程中的不断迭代和改进。储能也是一样，其经济性的成熟，需要未来新能源装机发电规模扩张，电力储调需求不断增强带来的市场驱动，也需要国家的政策性支撑和扶持。
在未来，新能源，比如 太阳能光伏 ，能够分布式安装，还特别有账算，电力自发自用，天然省略了输配电成本。但这对电网企业来说，意味着不仅原来的客户消失了，反过来余电还要卖给自己，利润、效益受影响是必然的。而且进一步的，分布式电站又具有波动性发电峰时最好能够隔墙售电，或者自备储能，而储能又需要必要的规模才能具有经济性，这都要求一个区域性的智慧电网。这就更加会和当前单一大电网的体制相冲突，不仅如此，无论怎样的智慧型局域电网，都离不开一个坚强的大电网的支撑，这就是说，未来新能源的全面发展，要求电网既要让渡利润，又要继续做好骨干支撑。单就电网企业来说，这个账是不划算的，但电网企业也是国企，国企不能只算自己的利润账，还要算国家和社会效益的大帐，经济上为全社会降低用电成本，环境生态上减污染、减碳排放，电网局部小账算不着，但国家社会大账则是大大有利，如何平衡，这需要国家有整体性的法律和政策安排。
相关政策
2025年2月27日，国家能源局发布关于印发《2025年能源工作指导意见》的通知。相关通知统筹新能源就地消纳和外送，加强化石能源清洁高效开发利用，推进能源消费侧节能降碳，加快能源消费方式转型，提高非化石能源消费比重。新增新能源发电装机规模2亿千瓦以上，发电量达到10.6万亿千瓦时左右，跨省跨区输电能力持续提升。科学谋划“十五五”“沙戈荒”新能源大基地布局方案，稳步推进重大水电工程建设，积极推动海上风电项目开发建设，加大光伏治沙、光热项目建设力度以及拓展新能源应用场景，在工业、交通、建筑、数据中心等重点领域大力实施可再生能源替代行动，支持零碳园区建设和光伏建筑一体化，更好促进新能源就地消纳等相关政策。