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太阳能
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地球每年接受的太阳能是人类目前使用能量的数千倍。取之不尽又无污染的太阳能（solar energy），是我们使用的大多数能量形式——化石燃料与植物、水能与风能——的根本来源。无论如何，许多人都把直接捕获的太阳能看作满足未来大部分能量需求而对地球环境损害最小、对地球资源保护最大的希望所在。太阳能的主要缺点是其具有分散与断续的性质。由于其分散，所以必须在大面积上收集才能确保实际可用，而由于其间断性，又需要某些储存方法。
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将太阳能用以烧水和取暖之类的居家使用技术已众所周知。在美国，被动式和主动式利用太阳能供暖技术已在市场上站稳了脚跟。超过50万家庭使用太阳辐射烧水和取暖。据报道日本有大约400万套太阳能热水装置，而以色列2/3以上的家庭用太阳能烧水。在温暖、阳光充足、云量不大且冬季（这时能量需求最高）黑夜时间较短的条件下，独立的房屋使用太阳能电池板是最好的。
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太阳能利用的第二种类型是把聚集的太阳能转化为热能来发电。研究工作集中于各种热电转化系统，包括发电塔、抛物线型槽和太阳能池等。多数研究专注于收集系统上聚集的太阳光线。在抛物线型槽系统中，用计算机引导曲面镜长槽追踪太阳，把太阳能聚焦到充满合成油的钢管上（图5.20）。将油加热到390℃，进而把水加热产生水蒸气来驱动发电机。莫哈维沙漠（Mojave Desert）中有几座这样的发电站在运行，产生的电力足够27万居民的需要。
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图 5.20 加利福尼亚州达盖特（Daggett）附近莫哈维沙漠太阳能热电厂的抛物线型槽反光片。该设备利用太阳能生产水蒸气发电。抛物线反光片由计算机引导追踪日光，把太阳能聚焦到充满换热液体的钢管上。（© Cameramann International）
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上述发电厂先把光转化成热间接发电，但是也能够通过光伏电池（photovoltaic [PV] cell，也叫作“太阳能电池”）——用硅制造的半导体器件——用阳光直接发电。在北美洲，这样的太阳能电池用于各种特殊目的，首先用于那些不受成本因素限制的地方，例如航天器、山顶通讯中继站、导航浮标和雾号⑦ 等。随着价格的下降，光伏电池找到了新的市场：为公路信号灯、移动通信信号塔以及计算机和收音机等小型设备提供动力。发展中国家还用光伏电池驱动灌溉水泵，为偏远地方的卫生所的冰箱供电并给电池充电。太阳能技术最新成果是光伏屋顶材料，这种材料把太阳能电池连成一体，实际上把屋顶变成该楼的发电站。日本和法国许多新房舍都在安装含光伏电池的屋顶系统。
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到2005年为止，日本因为政府资助太阳能消费，所以安装的太阳能动力（solar power）容量最大，紧随其后的是德国和美国。尽管制造工艺的改进导致光伏太阳能动力系统成本明显下降，但要使其对国家电力供应做出更大贡献，仍须进行大量的研究。
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其他可再生能源
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除了生物质、水能和太阳能以外，还有许多可再生能源可供开发。其中两种就是地热能和风能。虽然二者都好像能为世界能量需求做出重大贡献，但是二者的潜力是有限的，而且是区域性的。
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地热能
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（a）
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（b）
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图 5.21 （a）全世界的地热电站。地热开发的大多数地区都沿着或接近板块的边缘分布。由于适合地热发电的地点有限，大多数地热电站都远离电力需求很大的大城市，因此地热能对世界能源的贡献可能依然较小。（b）一座世界大型湿蒸汽地热电站位于新西兰怀拉基（Wairakei）。岩浆辐射的热量通过其上面的岩石加热地下含水层中的水。钻井把蒸汽引到地面，使其经管道通向发电厂。如照片所示，地热电站的缺点之一是把气体释放到大气层，虽然烟囱中所用的气体净化器能把气体的逸出量降低到可接受的水平。（［a］Carla Montgomery, Environmental Geology, 6e, Figure 14.22, p. 353. McGraw-Hill: Boston, 2003; ［b］© Nicholas DeVore / Getty Images.）
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人们总是被火山、间歇泉和温泉深深吸引，这些都是地热能（geothermal energy）的证明。地热是被封存在地表下几千米的热水或蒸汽中的热量，有几种方法可以从中获取能量。开发地热能的常规方法取决于地下热水储藏的可利用程度。只要深井钻入这些储藏中就可以利用热能发电或者直接用其加热各种设备，例如房屋取暖或烘干农作物。
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地热田通常都与岩浆附近的地方相关联，也就是俯冲带上面现代火山活动的区域。因此，冰岛、墨西哥、美国、菲律宾、日本和新西兰等国都是生产地热能的国家（图5.21）。冰岛有一半地热能用于发电，另一半用于取暖。首都雷克雅未克几乎所有住宅和商业楼都用地热蒸汽取暖。
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虽然能够开采地热蒸汽用以发电的地方不多，但是地热能也可以直接用于取暖和制冷。地热泵（亦称地源热泵）利用土壤中冻结线以下的恒温，将地热能泵到建筑物中取暖或制冷。把环形管道系统埋入地下，电动压缩机使制冷剂在管道中循环，把分送到建筑物中的空气冷却或加热。由于能效高而且洁净无污染，近年来美国地热取暖系统大受欢迎，尤其是用于新建筑物。
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风能
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虽然美国几百年来就利用风能抽水、磨谷和驱动机械，但是风能对能源的贡献在100多年前几乎完全消失了，因为那时风车先后被蒸汽与化石燃料取代了。利用风车作为电力的能源有很多优点。风车能不用任何燃料直接驱动发电机，又能被较快地建造和安装，只需强劲稳定的风来运转，而且许多地点都具有这些条件。此外，风力发电机不污染大气和水体，也不消耗自然资源。设计技术的进步降低了使用风力发电机发电的成本，因此对传统发电厂越来越具有竞争力。目前风电成本每千瓦时3—6美分，大约与化石燃料的火电同价。
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20世纪80年代，受前几年汽油短缺的刺激以及联邦和州政府的税收鼓励，加上长期公用事业合约的优惠，加利福尼亚州在风能开发中独步天下。到1987年，该州在3个地方安装了大约1.5万座风力发电机，占全世界风电容量的90%（图5.22）。20世纪90年代，随着美国各州和许多欧洲国家开始投资风电场（wind farm），风力发电机群生产商业用电，这个百分比稳步下降。到2005年，美国只占全世界运营风电容量的14%。