Тя се генерира чрез използване на силата на движеща се вода, обикновено от потоци, реки или езера, за да се въртят турбини, които активират електрически генератори.
Тази енергия се използва широко по целия свят за мащабно производство на електроенергия.

Резервоарни (или резервоарни) водноелектрически централи :
Тези растения са оборудвани с язовир и резервоар за съхранение на вода. Водата се освобождава от резервоара чрез накрайници, за да завърти турбините и да генерира електричество. Резервоарните електроцентрали могат да бъдат големи по размер и обикновено имат голям капацитет за съхранение на вода, което им позволява да регулират производството на електроенергия според търсенето.

Водноелектрически централи, работещи по течението на реката :
За разлика от резервоарните електроцентрали, речните електроцентрали нямат язовири или резервоари. Те просто използват естествения поток на потоци или реки, за да превърнат турбините и да генерират електричество. Тези централи обикновено са по-малки по размер и зависят от хидроложките условия за тяхното производство на електроенергия.

Помпено-акумулиращи водноелектрически централи :
Помпено-акумулиращите електроцентрали са проектирани да съхраняват енергия с помощта на два резервоара, горен резервоар и долен резервоар. По време на периоди на ниско потребление на електроенергия, водата се изпомпва от долния резервоар до горния резервоар, за да се съхранява потенциалната енергия. Когато търсенето на електроенергия е високо, водата се освобождава от горния резервоар, за да завърти турбините и да генерира електричество.

Микроводноелектрически централи :
Микроводноелектрическите централи са малки водноелектрически инсталации обикновено с мощност по-малка от 100 kW. Те могат да бъдат инсталирани на малки потоци или реки, често за местни цели, като например доставяне на електроенергия на отдалечени общности или промишлени обекти.

Мини-хидроцентрали :
Мини-водноелектрическите централи имат малко по-висок производствен капацитет от микроелектрическите централи, обикновено до няколко мегавата. Те често се използват за захранване на малки градове, индустрии или отдалечени селски райони.

Гравитационно захранваните електроцентрали се възползват от притока на вода и разликата в нивото. Те могат да бъдат класифицирани според потока на турбината и височината на главата им. Има три вида гравитационно захранвани електроцентрали (изброени тук по ред на важност във водноелектрическия микс) :

- Речните електроцентрали използват потока на реката и осигуряват базова енергия, произведена "отвод на реката" и инжектирана незабавно в мрежата. Те изискват прости разработки, които са много по-евтини от по-високите електроцентрали : малки отклоняващи структури, малки язовири, използвани за отклоняване на наличния поток от реката към електроцентралата, вероятно малък резервоар, когато речният поток е твърде нисък (изпразване постоянно(2) по-малко от 2 часа). Те обикновено се състоят от водохващане, тунел или канал, последвани от пенщок и водноелектрическа централа, разположена на брега на реката. Ниският спад на налягането (3) в тунела или канала позволява на водата да набере височина по отношение на реката и следователно да придобие потенциална енергия;
- шлюзови електроцентрали в големи реки със сравнително стръмен наклон като Рейн или Рона, язовири на реката или на канал, успореден на реката предизвикват поредица от декаметрични водопади, които не нарушават долината като цяло благодарение на диги, успоредни на реката. Водноелектрическите централи, поставени в подножието на язовирите, турбинират водата на реката. Внимателното управление на водата, съхранявана между два язовира, дава възможност да се осигури пикова енергия в допълнение към базовото натоварване;
- Езерните електроцентрали (или високонапорните електроцентрали) също са свързани с воден резервоар, създаден от язовир. Големият им резервоар (константа на изпразване над 200 часа) позволява сезонно съхранение на вода и модулация на производството на електроенергия : езерните електроцентрали се наричат през часовете на най-висока консумация и дават възможност да се реагира на пикове. Много от тях са във Франция. Заводът може да бъде разположен в подножието на язовира или много по-ниско. В този случай водата се прехвърля през тунели, отговарящи за езерото, до входа на електроцентралата.

Помпените станции за пренос на енергия имат два басейна, горен басейн (например езеро на голяма надморска височина) и долен басейн (например изкуствен резервоар), между които е поставено реверсивно устройство, което може да функционира като помпа или турбина за хидравличната част и като двигател или алтернатор за електрическата част.

Водата в горния басейн се турбира по време на периоди на голямо търсене за производство на електроенергия. След това тази вода се изпомпва от долния басейн до горния басейн в периоди, когато енергията е евтина и т.н. Счита се, че тези централи не произвеждат енергия от възобновяеми източници, тъй като консумират електроенергия, за да произвеждат вода от турбини.
Това са съоръжения за съхранение на енергия.
Те често се намесват за краткосрочни интервенции по искане на мрежата и като крайна мярка (след други водноелектрически централи) за по-дълги интервенции, по-специално поради цената на водата, която трябва да бъде вдигната. Ефективността между произведената и консумираната енергия е от порядъка на 70% до 80%.
Операцията е печеливша, когато разликата в цените на електроенергията между извънпиковите периоди (закупуване на евтина електроенергия) и пиковите периоди (продажба на електроенергия на високи цени) е значителна.

Водноелектрическите централи се състоят от 2 основни блока :

- резервоар или водовсмукване (в случай на речни електроцентрали), което дава възможност да се създаде водопад, обикновено с резервоар за съхранение, така че електроцентралата да продължи да работи, дори по време на периоди на маловодие.

- Изкопан отклоняващ канал може да се използва за отклоняване на излишната вода, пристигаща странично към язовирно езеро. Преливник позволява наводненията на реката да преминават без опасност за структурите;
електроцентралата, наричана още фабрика, която позволява водопадът да се използва за задвижване на турбините и след това за задвижване на алтернатор.

Досега най-често срещаните са язовири, направени от земен насип или riprap, получени в кариери чрез взривяване. Хидроизолацията е централна (глина или битуминозен бетон) или на повърхността нагоре по течението (циментов бетон или битуминозен бетон). Този тип язовир се адаптира към голямо разнообразие от геологии;
гравитационни язовири, построени първо в зидария, след това в бетон и по-скоро в бетон, уплътнен с BCR валяк), което позволява значителни икономии на време и пари. Основната скала трябва да бъде с добро качество;
Бетонните сводести язовири са адаптирани към сравнително тесни долини и чиито брегове са направени от скала с добро качество. Тънкостта на техните форми дава възможност да се намали количеството бетон и да се изградят икономични язовири;
Язовирите с много арки и подпори вече не се строят. BCR гравитационни язовири ги заменят.

Инсталациите са оборудвани с турбини, които трансформират енергията на водния поток в механично въртене, за да задвижват алтернаторите.

Видът на използваната турбина зависи от височината на водопада :
- за много ниски височини на главата (от 1 до 30 метра) могат да се използват турбини с крушки;
- за ниски напори (5 до 50 метра) и високи дебити се предпочита турбината Kaplan : лопатките й са управляеми, което дава възможност да се регулира мощността на турбината до височината на главата, като същевременно се поддържа добра ефективност;
- турбината Francis се използва за средни глави (40 до 600 метра) и среден дебит. Водата влиза през периферията на лопатките и се изхвърля в центъра им;
- турбината на Пелтон е подходяща за високи падания (200 до 1800 метра) и нисък дебит. Той получава вода под много високо налягане чрез инжектор (динамично въздействие на водата върху кофата).

За малките водноелектрически централи евтините (и по-малко ефективни) турбини и простите концепции улесняват инсталирането на малки агрегати.

Ефективност на разходите и предвидимост на производството

Изграждането на язовири се характеризира с инвестиции, които са толкова по-високи от височината на падането и по-широката долина.
Тези капиталови разходи се различават значително в зависимост от характеристиките на застрояването и допълнителните разходи, свързани със социални и екологични ограничения, по-специално цената на отчуждената земя.
Икономическите предимства, свързани с модулационния капацитет на производството на електроенергия, дават възможност тези инвестиции да станат печеливши, тъй като водният ресурс е безплатен и разходите за поддръжка са намалени.

Водноелектрическата енергия дава възможност да се задоволят нуждите от регулиране на производството на електроенергия, по-специално чрез съхраняване на вода в големи резервоари посредством язовири или диги.
Годишните колебания в производството на водноелектрическа енергия обаче са значителни. Те са свързани основно с валежите. Производството може да се увеличи с 15% в години, когато водните ресурси са високи и да намалее с 30% в години на голяма суша.

Хидроенергията понякога е критикувана за причиняване на разселване на населението, като реките и потоците са привилегировани места за създаване на жилища.
Например язовирът "Трите клисури" в Китай е изселил близо два милиона души. Поради промененото регулиране на водите, екосистемите нагоре и надолу по течението на язовирите могат да бъдат нарушени (включително миграцията на водните видове), въпреки че са инсталирани устройства като рибни пътища.

Измерване на водноелектрическа енергия

Мощността на водноелектрическа централа може да се изчисли по следната формула :

P = Q.ρ.H.g.r

С :

• P : мощност (изразена във W)
  


• Q : среден дебит, измерен в кубични метри в секунда
  


• ρ : плътност на водата, т.е. 1 000 kg/m3
  


• H : височина на падане в метри
  


• g : гравитационна константа, т.е. почти 9,8 (m/s2)
  


• A : Ефективност на инсталацията (между 0,6 и 0,9)
  

Световен :

водноелектрическата енергия представлява близо 15,8% от световното производство на електроенергия през 2018 г. (с годишно производство от около 4 193 TWh);
дузина страни, включително четири в Европа, произвеждат повече от половината от електроенергията си от водноелектрически централи. Норвегия води в класацията, следвана от Бразилия, Колумбия, Исландия, Венецуела, Канада, Австрия, Нова Зеландия и Швейцария.