I fabbisogni di energia di ogni regione vengono soddisfatti ricorrendo a fonti più facilmente disponibili sul posto o nelle vicinanze e tali da produrre energia a buon mercato. Bisogna tenere conto anche degli ammortamenti relativi all'investimento iniziale. La potenza unitaria di 1 kW ha costi di installazione che vanno da 500 Euro per i sistemi diesel, a 1.000 Euro per le turbine a gas, a 1.500-2.000 Euro per le centrali idroelettriche e termoelettriche e fino a 3 kEuro per le pile a combustibile e a 10 kEuro per gli impianti fotovoltaici.

u L'energia idroelettrica

Già da tempi antichi si usavano ruote ad acqua installate sui fiumi per far girare le macine dei mulini, sostituendo il lavoro prodotto da animali o dall'uomo. Quando l'acqua scende da luoghi alti a luoghi bassi e fa muovere le turbine, la sua energia potenziale si trasforma in energia cinetica. Quando il dislivello fra il serbatoio d'acqua alto e il punto di utilizzazione è grande (centinaia di metri) si usano turbine Pelton, in cui un getto d'acqua ad alta velocità colpisce le pale opportunamente sagomate di una ruota. Se il salto è basso (molte decine di metri) si usano turbine Francis ad asse verticale. Se il salto è molto basso e variabile, si usano turbine Kaplan con grandi pale orientabili. Le turbine fanno muovere alternatori che trasformano l'energia meccanica in energia elettrica.

In Italia l'energia idroelettrica è abbondante (quasi tutti i laghi alpini e appenninici, naturali e artificiali sono stati sfruttati); nel 2000 la potenza complessiva installata nelle centrali idroelettriche era di 20,6 GW.

u L'energia termica

Nelle centrali termiche si brucia carbone, petrolio o gas (anche legno talora) e si produce calore. Molte centrali termiche producono calore per scopi industriali oltre che per scaldare ambienti abitati.

Nelle centrali termoelettriche si scalda acqua fino a produrre vapore come accade nelle locomotive, dove il vapore muove uno stantuffo che spinge una biella collegata a una manovella e, quindi, a una ruota, trasformando il moto rettilineo in rotatorio. Nelle centrali termoelettriche, invece, il vapore viene immesso in turbine che hanno palette più piccole e più numerose di quelle delle turbine idrauliche. Questo dipende dal fatto che il vapore ha massa molto minore dell'acqua per unità di volume, ma raggiunge alte pressioni e velocità.

Fino agli ultimi decenni del secolo XX, i rendimenti massimi nella trasformazione di energia termica in meccanica superavano di poco il 40%. Oggi si arriva quasi al 60% in centrali termoelettriche a cicli combinati, nelle quali i gas di scarico delle turbine a gas si sfruttano per riscaldare alla temperatura di circa 500 °C vapore che viene utilizzato per azionare turbine a vapore. L'energia meccanica prodotta dalle turbine a gas, e da quelle a vapore viene trasformata in energia elettrica negli alternatori.

In Italia nel 2000 la potenza complessiva installata nelle centrali termoelettriche era di 56,7 GW.

u L'energia nucleare

Il calore per la produzione di vapore e, quindi, di energia meccanica può essere prodotto ricorrendo alla fissione (o scissione) degli atomi di certi elementi pesanti come l'uranio. Solo l'uranio 235 (U-235), che costituisce lo 0,7% dell'uranio naturale è fissile, cioè atto a scindersi. E' un isotopo dell'uranio 238 (U-238) che ne costituisce il 99,7%. Perchè avvenga la reazione nucleare, l'uranio naturale deve essere arricchito fino a contenere dal 2 al 4% di U-235. [Per poterlo usare in una bomba atomica, l'uranio deve essere arricchito a più del 20% di U-235. Quindi una centrale nucleare non può esplodere come una bomba atomica. Ora che si è effettuato un parziale disarmo, esistono notevoli riserve di uranio arricchito rimosso dalle testate nucleari e si comincia a impoverirlo per poterlo usare per la produzione di energia].

Nell'uranio arricchito al 2-4% si può innescare la reazione a catena: alcuni atomi di U-235 colpiti da neutroni si scindono, producendo calore ed emettendo 2 o 3 neutroni ciascuno. E' probabile che uno di questi colpisca un altro atomo U-235 che a sua volta si spacca e continua così il processo. Altri neutroni vanno persi all'esterno ed altri colpiscono atomi di U-238 che si trasformano in atomi di plutonio (Pu-239) che è fissile come l'U-235.

Nelle centrali nucleari a uranio questo elemento è presente come biossido di uranio (UO2) che è solido ed è racchiuso in contenitori cilindrici in forma di piccole sferette. Per produrre più o meno calore (più o meno vapore) la reazione nucleare deve essere accelerata o frenata. Ciò si ottiene con barre di grafite che frenano i neutroni prodotti dalla fissione, tanto più, quanto più profondamente vengono inserite nel nucleo del reattore.

Gradualmente il combustibile nucleare si impoverisce di U-235 e ogni anno occorre rimuovere circa un quinto dei contenitori di combustibile e sostituirli con altri freschi. Il combustibile usato contiene ancora molto U-235 e viene di nuovo sottoposto ad arricchimento come era stato fatto per il minerale originario di uranio. Tale combustibile contiene plutonio che si può usare come combustibile fissile e anche scorie radioattive, che producono modeste quantità di calore insieme a radiazioni eventualmente pericolose. Le scorie vengono vetrificate e riposte sotto terra in formazioni geologiche molto stabili. Le scorie più radioattive decadono più rapidamente; quelle meno radioattive decadono in secoli o millenni.

In Italia le 4 centrali nucleo-termoelettriche esistenti sono state chiuse dopo un referendum del 1987 le cui domande agli elettori concernevano questioni finanziarie e amministrative.

u L'energia da fusione

Quantità di calore molto maggiori di quelle prodotte per fissione si ottengono con le reazioni di fusione. Ad esempio un atomo di deuterio e uno di trizio si fondono a formare un atomo di elio più energia più un neutrone veloce. Deuterio e trizio sono isotopi dell'idrogeno con peso atomico rispettivamente 2 e 3. Questa reazione si produce nelle bombe all'idrogeno, le più potenti (potenza distruttiva equivalente a quella di milioni di tonnellate [teragrammi] di alto esplosivo). Le temperature raggiunte sono altissime (milioni di gradi) e finora non si è riusciti a ottenere una produzione controllata di energia da fusione nucleare, nonostante la messa a punto di contenitori costituiti da campi magnetici. Le ricerche sono in corso in tutto il mondo.

u La fusione fredda

Gli elettrochimici Pons e Fleischmann, hanno fatto esperimenti di fusione nucleare a bassa temperatura entro cristalli di palladio. La reazione produce calore e pochi neutroni. Molti fisici sostengono che gli esperimenti non hanno dimostrato la funzionalità del sistema e non sono riusciti a ripeterli. Secondo altri la teoria dimostra che la fusione fredda è possibile e stanno continuando esperimenti in merito. Se questi ultimi riusciranno nell'intento, avremo una fonte energetica a basso costo disponibile ovunque.

u Le riserve mondiali di energia

Soprattutto dopo la crisi petrolifera del 1973, molti preannunciano l'esaurimento delle riserve mondiali di petrolio greggio. In effetti le riserve stimate erano nel 1976 di 88 Gton (miliardi di tonnellate) e nel 1999 erano cresciute a 141 Gton.

Al livello dei consumi del 1999 le riserve dovrebbero durare ancora per circa 40 anni. Per contro, i consumi stanno crescendo notevolmente in Nord America e nel resto del mondo, ma si continuano a individuare nuovi giacimenti.

u Le riserve energetiche mondiali stimate al 1999

Il potenziale idroelettrico mondiale non sfruttato corrisponde a una potenza installata di 2.000 GW: quella di 2.000 grandi centrali elettronucleari. Lo sfruttamento non è facile perchè molti dei fiumi utilizzabili sono in Asia e Sud America, ove l'energia non serve sul posto e il trasporto a grande distanza con linee elettriche è difficile e costoso. Il più grande impianto in costruzione è quello delle Tre Gole sul fiume Yang Tze Kiang in Cina con potenza di 18 GW. Il progetto dovrebbe essere completato entro il 2010.