Die regenerativen Energien werden auch als alternative Energien bezeichnet. Alternative Energien sind praktisch unbegrenzt auf der Erde vorhanden oder sie erneuern sich schnell (Biomasse).

Sonnenenergie

Die Sonnenenergie kann in Wärme (Solarthermie) oder in Strom (Photovoltaik) umgewandelt werden. Die Nutzung der Sonnenenergie zum Heizen und zur Warmwassererzeugung (Solarthermie) kann wirtschaftlich sein. Entscheidend ist die Ausrichtung der Kollektoren. Sie sollten direkt nach Süden ausgerichtet und zwischen 30°und 45° geneigt sein. Abweichungen bei der Ausrichtung können sinnvoll sein, wenn die maximale Heizleistung im Winter oder früh morgens oder abends sein soll. 

Geothermische Energie

Bei der Geothermie wird die Erdwärme zum Heizen und zur Stromerzeugung genutzt. Bei der oberflächennahen Geothermie werden nur kleine Temperaturunterschiede benötigt, um mit Hilfe von Wärmepumpen ein Gebäude zu beheizen. Die Investitionskosten sind relativ hoch. Auch ist der Stromverbrauch der Wärmepumpe zu berücksichtigen. Bei der Tiefen-Geothermie wird Wasser aus tiefen Gesteinsschichten an die Erdoberfläche gebracht. Dieses Wasser gibt einen wesentlichen Teil seiner Wärmeenergie an ein Überträgermedium ab. Es wird dann über eine zweite Bohrung wieder in die Erde geleitet. Diese Form der Energiegewinnung hat ihre eigenen Risiken. So können leichte Erdbeben ausgelöst werden. Wenn Wasser in eine Schicht mit Anhydrit eindringt, dehnt dieser sich aus. Es kann zu Hebungen der Erdoberfläche kommen. In Staufen im Breisgau sind dadurch viele Häuser stark beschädigt worden.

Wasserkraft

Bei der Wasserkraft wird die Bewegungsenergie des Wassers zur Stromgewinnung genutzt. Meist geschieht dies bei Flüssen, aber auch der Wasserstrom bei Gezeitenwechsel ist nutzbar. Um die Energie des Wassers zu nutzen, sind immer Eingriffe in die Natur notwendig wie der Bau von Stauanlagen. Um diese baulichen Anlagen so ökologisch wie möglich zu gestalten, sollten sie sich gut in die Flussgeometrie einpassen, mit Fischtreppen ausgerüstet und nicht zu groß sein. Zur Speicherung von Energie sind besonders Pumpspeicherwerke geeignet. Diese haben einen hohen Wirkungsgrad. Bei Energieüberschuss wird Wasser in ein höheres Becken gepumpt und bei erhöhtem Energiebedarf wird das Wasser durch Turbinen abgeleitet und die Energie wieder in Strom umgewandelt.

Windkraft

Bei der Windkraftnutzung wird die Bewegungsenergie der Luft in Strom umgewandelt. Windkraftanlagen sind in exponierten Lagen und im Küstenbereich und Offshore sinnvoll. Für fast alle Windkraftanlagen sind Baugenehmigungen notwendig. Das Hauptproblem ist der Anschluss von neugebauten Windkraftanlagen an das bestehende Stromnetz.

Bioenergie

Wenn aus Biomasse Energie gewonnen wird, wird diese als Bioenergie bezeichnet. Biokraftstoffe der ersten Generation (direkt aus Getreide, Raps, Mais….) sind nicht sinnvoll. Der Flächenbedarf zum Anbau der Energiepflanzen ist groß. Die Nutzung von Biomasse hat zu einem Anstieg der Nahrungsmittelpreise geführt. Dies ist vor allem ein Problem für ärmere Länder. Der Anbau von riesigen Monokulturen wirkt sich negativ auf die Insektenvielfalt und damit auf die komplette Tierwelt aus. Biokraftstoffe der zweiten Generation (aus Pflanzenresten) sind eher sinnvoll. Doch ist es auch sinnvoll die Pflanzenreste in dem Boden oder im Wald zu belassen, um eine gleichbleibende Bodenqualität zu gewährleisten. Ob eine Nutzung von Bioenergie ökologisch sinnvoll ist, sollte immer im konkreten Fall kritisch untersucht werden.

Energiespeicherung

Bezogen auf die entsprechenden technischen Anlagen, gibt es folgende Möglichkeiten, Energie sinnvoll zu speichern.

zu den mechanischen Energiespeichern zählen:

  • Pumpspeicher (potentielle Energie des Wassers)
  • Druckluftspeicher (kinetische Energie des Gasdrucks)
  • und Schwungradspeicher (kinetische Energie der rotierenden Masse)

zu den chemischen Energiespeichern zählen:

  • Power-to-Gas-Anlagen (Umwandlung in Gas)
  • Power-to-Liquid-Anlagen (Umwandlung in Kraftstoff)
  • Power-to-Chemicals-Anlagen (Umwandlung in Chemieprodukte)

zu den elektrochemischen Energiespeichern zählen:

  • klassische Batteriespeicher (elektrochemische Energie in der Elektrode)
  • Redox-, Hybrid-Flow-Batteriespeicher (elektrochemische Energie im Elektrolyt)

zu den elektrischen Energiespeichern zählen:

  • supraleitende magnetische Speicher (elektrische Energie im magnetischen Feld)
  • Superkondensatoren (elektrische Energie im elektrischen Feld)

zu den thermischen Energiespeichern zählen:

  • sensible Wärmespeicher (thermische Energie in Teilchenbewegung)
  • Latentspeicher (Enthalpie thermodynamischer Zustandsänderungen)
  • Thermochemische Speicher (Wärmespeicherung durch endotherme Reaktion)