尽管前景诱人，但要广泛应用可再生能源发电必须有效地降低其成本。2011年5月，联合国政府间气候变化专门委员会发布的一份报告指出，目前全球已有的可再生能源技术潜力只有2.5%得到了利用，如果这些潜力能够在正确的公共政策支持下得到充分利用，到2050年可再生能源将能提供全球每年能源需求的77%，并能减少总量高达2200到5600吨的二氧化碳排放。报告同时指出，可再生能源的推广在经济性和技术方面都将面临巨大的挑战。
据国际能源署预测，未来很多国家都将会采取碳定价等措施，努力减少发电过程中温室气体的排放量，但可再生能源发电未来成本的降幅却并不令人乐观，如2020年海上风能发电站的均化成本为每千瓦时90美元（以2010年美元的实际价值计算），美国能源信息署预测2016年其成本为每千瓦时80到120美元。
从发电站的均化成本来看，风能发电站（发电风速为每秒7到7.5米）为每千瓦时73美元（不包含电力输送成本），专家预计2020年将降为每千瓦时60美元以下。2011到2012年期间建成的公用事业太阳能光伏发电站，在没有任何补贴的情况下其成本为每千瓦时150美元，这与《通向新一代乙醇经济》研究报告的估算基本吻合。在某些自然条件较好的地区，未来太阳能光伏发电成本可以降为每千瓦时60到120美元。目前美国传统的天然气循环发电站成本最低，为每千瓦时50到60美元。除了均化成本之外，电站规模、储存电力的潜力等因素也同样十分重要。
对某些均化成本超过每千瓦时200美元的地区来说，目前可再生能源发电已经具备了价格优势。据预测，未来全球范围内风能、太阳能发电的成本将会越来越趋于经济合算。此外，随着高性能、低成本和耐用的储能电池的研发，电力储能技术将有望使中、小规模输电网络满足偏远农村地区的用电需求。
尽管未来各种可再生能源发电成本将会持续降低，但要充分发挥其作用必须将其与现有发电方式进行有效整合，克服可再生能源发电在输送、分配、存储等环节的瓶颈。2050年可再生能源发电将占全美电力供应总量的8%，即使要实现该目标的一半，依然需要在技术创新、运营程序、商业运作模式和管理措施等方面对现有电力系统进行改革。
