該報告由聯合國貿易及發展會議（United Nations Conference on Trade and Development）出版，探討至2030年科學、技術和創新在促進再生能源應用上所扮演的角色，內容主要聚焦於分析關鍵再生能源技術的發展沿革，與概述相關支持技術現況，並提出未來再生能源技術將面臨的技術挑戰。再生能源創新技術的發展，在製程改善與降低成本上仍有很大進步的空間，其研發趨勢可分為兩大方向：其一、就主流能源進行改善或創新，主流能源包含：太陽能、風力、生質能、水力與地熱能；其二、則是全新技術的研發、儲能技術的優化與再生能源應用的整合。

在主流能源發展上，太陽能一向佔有舉足輕重的地位，而太陽能的未來取決於新舊技術的結合，技術與材料創新應相輔相成，例如：太陽能光伏電池（solar photovoltaic cells）技術在材料科學（material science）上的持續創新。目前太陽能電池已邁入第三代研發進程，雖然第一代矽晶太陽能電池仍在商業應用中居於主導地位，第三代薄膜電池因使用以地球儲量豐富（Earth-abundant）的元素材料前景亦備受看好（地球儲量豐富元素包含： 銅鋅錫硫（copper zinc tin sulfide, CZTS）、鈣鈦礦太陽能電池（perovskite solar cells）、奈米材料（nanomaterials）像是有機太陽能光伏（organic solar PVs）、與量子點太陽能電池（quantum dot solar cells）。以鈣鈦礦太陽能電池為例，該類電池具有優異的光吸收能力和較低的製造成本等優勢，且2012至2015年間，光電轉換效率從10%提高到20%以上。然而，鈣鈦礦尚處於研發的初步階段，若以長期穩定供應與大規模佈局為考量，仍存有諸多不確定因素，需待技術及經濟效益提升。而第三代太陽能光伏電池的研發目的，力求兼具：高功率轉換效率、下修生產成本和材料使用、與降低製造複雜性。雖然就現實面而言，實現前述目標仍有難度，但伴隨技術升級，太陽能光伏技術將有望實現更大規模的佈局。此外，其他相關支持技術的發展，則有：聚光太陽能發電技術或可印刷的有機太陽能電池。其他主流能源的發展，像是新興的風力發電技術（像是浮動式離岸風電）降低了設置成本與簡化裝設程序、先進生質燃料或稱「第三代生質燃料」則使用非糧食原料產製、 水力發電方面則導入低衝擊小型水力發電減少對生態環境的影響、地熱能的革新開採鑽井技術則是因應地質狀況差異等而有不確定因素。

除了主流能源技術的創新發展，如何開闢新興再生能源也成為重要課題，如此一來，將有助於能源結構多元化，其新興再生能源包含：海洋能（marine energy），微生物燃料電池（microbial fuel cells）和氫（hydrogen）。其中海洋能源潛力不容小覷，海洋具有穩定性高與可預測的特質，覆蓋面積高達近四分之三的地球表面；而海洋能以獲取能量的技術形式來進行分類，像是：波浪能（wave energy）、潮流發電（tidal currents）、潮汐能（tidal power）、海水鹽差能（salinity gradients）和海水溫差發電（ocean thermal energy conversion）。然而，在全球整體能源供應中，要提高海洋能源的應用比例，有許多技術瓶頸需要克服。再者，微生物燃料電池，在過去的10-15年中，被視為具備多元面向的再生能源技術，不僅從有機廢棄物（organic waste materials）中產生電能，還能同時處理廢水；而微生物燃料電池的有機原料種類也相當廣泛，像是廚餘、廢水、河川底泥、畜牧廢棄物。雖然，微生物燃料電池技術尚屬於未成熟階段，若能成功開發與驗證相關技術，將提供開發中國家可負擔與永續的能源選擇，進一步改善公共衛生。至於氫則在供熱與運輸方面，不管在基礎研究和或實際應用上，都日益受到關注，如同電力，氫是一種能源載體，可以運輸和/或儲存能量。此外，製造氫的過程中消耗能源所產生的碳足跡，同樣對氣候變遷造成影響。因此，若能產製低碳氫（low-carbon hydrogen），將能大幅減少製程中的碳排放。目前有三大產氫技術：透過甲烷蒸氣重組（methane steam reforming）（例如：在使用天然氣的同時進行碳捕捉和儲存（carbon capture and storage））、煤或生質物的氣化（gasification of coal or biomass）或水的電解（electrolysis of water）（例如：使用再生能源或其他低碳電力技術）; 總觀前述三種製程，其中電解法在成本上相對昂貴。

其他新創再生能源技術也正如雨後春筍般興起，支持能源系統轉型邁向永續發展，像是人工光合作用（artificial photosynthesis），模擬植物的光合作用捕捉和儲存來自太陽的能量，並將其轉化為可用燃料，以拓展新的能源供應；另外從木材、草，或農作物不可食用部分產生的生物燃料纖維乙醇（Cellulosic ethanol ），則能替代固有以糧食作物（如玉米、小麥、甘蔗）作為能源作物來生產酒精，消弭備受爭議的食物與燃料之爭。

除了主流與新創再生能源的應用與革新，產業技術層面的成熟使能源共享成為可能，例如：善用與整合電動車（electric vehicles）的儲能優勢，將電動車併入電網（vehicle-to-grid integration），帶動能源系統走向數位化與激勵電力儲存技術的發展，這項深具潛力的新興技術也重新改寫運輸部門與電力部門的關係，過去該兩大能源部門並無太多連結。當電動車入網技術加速發展，系統需能提供車輛載具與電網雙邊穩定的雙向電流（bidirectional electricity flow），換言之電動車將成為儲存裝置，當車輛不使用又適逢在電力需求的高峰時段時，能將電力賣回電網。於此，創新技術的成熟建立起嶄新的商業模式，電力反饋電網所獲得的額外收入，激勵了車輛持有人拓展電動車的應用範疇，不再侷限於自用駕駛，更融入參與城市智慧基礎設施。

由電動車入網技術可知，能源系統的數位化將是未來關鍵的研究方向，再生能源技術與數位技術勢必相互依存，透過數位化，使能源系統更具連貫性、智慧化、可預測性與永續，並開啟跨能源部門的合作契機，例如：智慧電網（Smart power grids）兼具整合間歇性電力來源（例如：太陽能和風力）與促進交通運輸智慧化發展。數位技術也與建築部門息息相關，建築部門占電力需求的50%以上，建築物能源消耗通常用於供熱、冷卻和照明。隨著數位技術的蓬勃發展，例如透過建築物設置感測器傳達即時數據，將有助於改善能量響應，亦能利用智能設備進行管理和監控。另一種新興技術則是利用學習演算法（learning algorithms ）來預測用戶行為，有效平衡消費者需求和公共供電之間的能量負荷。另外，電力儲存技術正在快速發展，成本也顯著降低，儲存技術的效益取決於輸出的電流量、充電放電率以及儲存能量的時間長度上存在顯著差異；儲存技術的發展動力來自於：持續成長的電動車市場、以及規劃未來電網等級儲能設備所施行的各項獎勵措施。

上述能源技術的發展現況，充分說明了新能源發展是一種動態的，持續發展變化的歷程，以創新技術與新材料為基礎，優化再生能源得到現代化與數位化的開發與應用。近年來，再生能源創新技術的佈局有了快速進展，但有兩大課題尚待因應，第一、技術成熟度：某些再生能源技術尚未發展成熟，難以拓展佈局供商業化使用，還需協同產官學界進行開發與示範，才能符合成本效益，將研究成果商品化與導入市場。第二、整合入電力系統：當欲將更高比例的再生能源整合入電力系統時，必然將為電力系統和市場帶來新一波的挑戰，包含了電網基礎設施的技術瓶頸、電力系統調節變動型再生能源的能力、與變革固有為化石燃料技術所設計的市場模式。