Förnybar energi: typer, egenskaper, användningsområden och systemintegration

Från slutet av 2004 ökade kapaciteten för förnybar energi i världen med 10-60 % per år för många tekniker. För vindkraft och många andra förnybara tekniker ökade tillväxten snabbt under 2009 jämfört med de fyra föregående åren. Under 2009 tillkom mer vindkraft än någon annan förnybar teknik. Nätanslutna solceller ökade dock snabbast av alla förnybara tekniker, med en genomsnittlig årlig tillväxttakt på 60 %.

Prognoserna varierar, men forskare har lagt fram en plan för att 100 % av världens energi ska komma från vind-, vatten- och solkraft år 2030.

Huvudartiklar: Vindkraftverk och Lista över stora vindkraftverk.

Vindkraftskapaciteten har ökat snabbt till 743 GW år 2020, och vindkraftsproduktionen utgör cirka 5 % av den totala elanvändningen i världen och växer snabbt. Vindkraft används i stor utsträckning i europeiska länder och på senare tid även i USA och Asien. Vindkraften står för cirka 19 % av elproduktionen i Danmark, 11 % i Spanien och Portugal och 9 % i Irland. Detta är några av de största vindkraftverken i världen i januari 2010:

En vindkraftpark är en grupp vindkraftverk på samma plats som används för att producera el. En stor vindkraftspark kan bestå av flera hundra enskilda vindkraftverk fördelade över ett stort område, men marken mellan vindkraftverken kan användas för jordbruk eller andra ändamål. En vindkraftspark kan också vara belägen till havs.

Solceller omvandlar solljus till elektricitet och många solcellskraftverk har byggts, främst i Europa. I december 2010 var de största solcellskraftverken i världen Sarnia Photovoltaic Power Plant (Kanada, 97 MW), Montalto di Castro Photovoltaic Power Station (Italien, 84,2 MW), Finsterwalde Solar Park (Tyskland, 80,7 MW), Rovigo Photovoltaic Power Plant (Italien, 70 MW), Olmedilla Photovoltaic Park (Spanien, 60 MW), Strasskirchen Solar Park (Tyskland, 54 MW) och Lieberose Photovoltaic Park (Tyskland, 53 MW). Större kraftverk håller på att byggas, varav vissa kommer att ha en kapacitet på 150 MW eller mer.

Solenergi är en av de snabbast växande förnybara energikällorna i världen. Solenergikapaciteten har ökat med cirka 60 % sedan 2013 och uppgick 2018 till 485,82 GW.

1. Tengger Desert Solar Park, Kina - 1 547 MW
2. Sweihan Photovoltaic Independent Power Project, Förenade Arabemiraten - 1 177 MW
3. Yanchi Ningxia Solar Park, Kina - 1 000 MW
4. Datong Solar Power Top Runner Base, Kina - 1 070 MW
5. Kurnool Ultra Mega Solar Park, Indien - 1 000 MW
6. Longyangxia Dam Solar Park, Kina - 850 MW
7. Enel Villanueva solcellsanläggning, Mexiko - 828 MW
8. Kamuthi Solar Power Station, Indien - 648 MW
9. Solar Star-projekt, USA - 579 MW
10. Topaz Solar Farm / Desert Sunlight Solar Farm, USA - 550 MW

Många av dessa anläggningar är integrerade med jordbruket och vissa använder innovativa spårningssystem som följer solens dagliga bana över himlen för att generera mer el än konventionella fast monterade system. Det finns inga bränslekostnader eller utsläpp under driften av kraftverken.

Bland de stora solvärmekraftverken kan nämnas Solar Energy Generating Systems kraftverk på 354 megawatt (MW) i USA, Solnova Solar Power Station (Spanien, 150 MW), Andasol Solar Power Station (Spanien, 100 MW), Nevada Solar One (USA, 64 MW), PS20 Solar Power Tower (Spanien, 20 MW) och PS10 Solar Power Tower (Spanien, 11 MW). Ivanpah Solar Power Facility på 370 MW, som ligger i Kaliforniens Mojaveöknen, är världens största solvärmeverksprojekt som för närvarande är under uppbyggnad.

Industrin för solvärmeanläggningar växer snabbt med 1,2 GW under uppbyggnad i april 2009 och ytterligare 13,9 GW tillkännagivna globalt fram till 2014. Spanien är epicentrum för utvecklingen av solvärme med 22 projekt på 1 037 MW under uppbyggnad, som alla beräknas komma igång i slutet av 2010. I Förenta staterna har 5 600 MW solvärmeprojekt tillkännagivits. I utvecklingsländerna har tre Världsbanksprojekt för integrerade kraftverk för solvärme/kombinerade gas-turbinkraftverk i Egypten, Mexiko och Marocko godkänts.

Variabel förnybar energi är en förnybar energikälla som inte kan fördelas på grund av sin fluktuerande natur, som vindkraft och solenergi, i motsats till en kontrollerbar förnybar energikälla som vattenkraft eller biomassa, eller en relativt konstant källa som geotermisk energi eller vattenkraft från en flod. Kritiker av vind- och solkraft varnar för deras varierande produktion, men många studier har visat att nätet kan klara det, och det gör det i Danmark och Spanien.

Internationella energibyrån menar att det har varit för mycket fokus på frågan om variabilitet. Dess betydelse beror på en rad faktorer som omfattar de berörda förnybara energikällornas marknadspenetration, anläggningsbalansen och systemets bredare konnektivitet samt flexibiliteten på efterfrågesidan. Variabilitet kommer sällan att utgöra ett hinder för ökad användning av förnybar energi. Men vid höga nivåer av marknadspenetration kräver den noggrann analys och hantering.

Brasilien har ett av de största programmen för förnybar energi i världen, som omfattar produktion av etanolbränsle från sockerrör, och etanol står nu för 18 procent av landets fordonsbränsle. Som ett resultat av detta har Brasilien, som för flera år sedan var tvunget att importera en stor del av den olja som behövdes för inhemsk konsumtion, nyligen uppnått fullständig självförsörjning av olja.

De flesta bilar på vägarna i USA kan köras med en etanolblandning på upp till 10 %, och motorfordonstillverkarna tillverkar redan fordon som är utformade för att köras med mycket högre etanolblandningar. Ford, DaimlerChrysler och General Motors Corporation är några av de bilföretag som säljer bilar, lastbilar och minibussar med flexibelt bränsle som kan köras med bensin och etanolblandningar från ren bensin upp till 85 % etanol (E85). I mitten av 2006 fanns det cirka sex miljoner E85-kompatibla fordon på de amerikanska vägarna.