Es wird erzeugt, indem die Kraft des sich bewegenden Wassers, normalerweise aus Bächen, Flüssen oder Seen, genutzt wird, um Turbinen zu drehen, die elektrische Generatoren aktivieren.
Diese Energie wird weltweit für die Stromerzeugung in großem Maßstab genutzt.

Wasserkraftwerke für Stauseen :
Diese Anlagen sind mit einem Damm und einem Reservoir zur Wasserspeicherung ausgestattet. Wasser wird durch Druckrohrleitungen aus dem Reservoir abgelassen, um die Turbinen anzutreiben und Strom zu erzeugen. Speicherkraftwerke können groß sein und verfügen in der Regel über eine große Wasserspeicherkapazität, die es ihnen ermöglicht, die Stromerzeugung bedarfsgerecht zu regulieren.

Laufwasserkraftwerke :
Im Gegensatz zu Stauseekraftwerken haben Laufwasserkraftwerke keine Dämme oder Stauseen. Sie nutzen einfach den natürlichen Fluss von Bächen oder Flüssen, um Turbinen anzutreiben und Strom zu erzeugen. Diese Anlagen sind in der Regel kleiner und für ihre Stromerzeugung auf die hydrologischen Bedingungen angewiesen.

Pumpspeicherkraftwerke :
Pumpspeicherkraftwerke sind so konzipiert, dass sie Energie über zwei Tanks speichern, einen oberen und einen unteren Tank. In Zeiten geringen Strombedarfs wird Wasser aus dem unteren Reservoir in das obere Reservoir gepumpt, um potenzielle Energie zu speichern. Bei hohem Strombedarf wird Wasser aus dem oberen Tank abgelassen, um die Turbinen zu drehen und Strom zu erzeugen.

Kleinstwasserkraftwerke :
Kleinwasserkraftwerke sind Kleinwasserkraftwerke mit einer Leistung von weniger als 100 kW. Sie können an kleinen Bächen oder Flüssen installiert werden, oft für lokale Zwecke, z. B. für die Stromversorgung abgelegener Gemeinden oder Industriestandorte.

Mini-Wasserkraftwerke :
Mini-Wasserkraftwerke haben eine etwas höhere Erzeugungskapazität als Mikrokraftwerke, in der Regel bis zu einigen Megawatt. Sie werden häufig verwendet, um Kleinstädte, Industrien oder abgelegene ländliche Gebiete mit Strom zu versorgen.

Schwerkraftkraftwerke nutzen den Wasserfluss und einen Niveauunterschied. Sie können nach der Strömung der Turbine und ihrer Förderhöhe klassifiziert werden. Es gibt drei Arten von Schwerkraftkraftwerken (hier in der Reihenfolge ihrer Bedeutung im Wasserkraftmix) :

- Laufwasserkraftwerke nutzen die Strömung eines Flusses und liefern Grundlastenergie, die "Laufwasser" erzeugt und sofort ins Netz eingespeist wird. Sie erfordern einfache Entwicklungen, die viel kostengünstiger sind als höhere Kraftwerke : kleine Umleitungsbauwerke, kleine Dämme, die verwendet werden, um den verfügbaren Durchfluss vom Fluss zum Kraftwerk umzuleiten, möglicherweise ein kleines Reservoir, wenn der Durchfluss zu niedrig ist (Entleerungskonstante(2) weniger als 2 Stunden). Sie bestehen in der Regel aus einer Wasserfassung, einem Tunnel oder einem Kanal, gefolgt von einer Druckrohrleitung und einem Wasserkraftwerk am Ufer des Flusses. Der geringe Druckabfall(3) im Tunnel oder Kanal ermöglicht es dem Wasser, im Verhältnis zum Fluss an Höhe zu gewinnen und somit potentielle Energie zu gewinnen;
- Schleusenkraftwerke in großen Flüssen mit relativ steilem Gefälle wie dem Rhein oder der Rhone, Dämme am Fluss oder an einem Kanal parallel zum Fluss verursachen eine Reihe von dekametrischen Wasserfällen, die dank Deichen parallel zum Fluss das Tal als Ganzes nicht stören. Die Wasserkraftwerke am Fuße der Staudämme turbinen das Wasser des Flusses. Ein sorgfältiges Management des zwischen zwei Dämmen gespeicherten Wassers ermöglicht es, neben der Grundlast auch Spitzenenergie bereitzustellen;
- Seekraftwerke (oder Kraftwerke mit hoher Fallhöhe) sind auch mit einem Wasserreservoir verbunden, das durch einen Damm entsteht. Ihr großes Reservoir (Entleerungskonstante von mehr als 200 Stunden) ermöglicht die saisonale Wasserspeicherung und Modulation der Stromproduktion : Seekraftwerke werden in den Stunden mit dem höchsten Verbrauch gerufen und ermöglichen es, auf Spitzen zu reagieren. In Frankreich gibt es viele davon. Die Anlage kann am Fuße des Damms oder viel tiefer stehen. In diesem Fall wird das Wasser durch Tunnel, die für den See zuständig sind, zum Eingang des Kraftwerks geleitet.

Pumpenergieübertragungsstationen haben zwei Becken, ein oberes Becken (z. B. ein Hochgebirgssee) und ein unteres Becken (z. B. ein künstliches Reservoir), zwischen denen eine reversible Vorrichtung angeordnet ist, die als Pumpe oder Turbine für den hydraulischen Teil und als Motor oder Generator für den elektrischen Teil fungieren kann.

Das Wasser im oberen Becken wird in Zeiten hoher Nachfrage mit Turbinen zur Stromerzeugung betrieben. Dann wird dieses Wasser in Zeiten, in denen Energie billig ist, vom unteren Becken in das obere Becken gepumpt und so weiter. Diese Anlagen werden nicht als Energie aus erneuerbaren Quellen angesehen, da sie Strom verbrauchen, um Turbinenwasser zu fördern.
Dies sind Energiespeicher.
Sie greifen häufig für kurzfristige Eingriffe auf Ersuchen des Netzes und als letztes Mittel (nach anderen Wasserkraftwerken) für längere Eingriffe ein, insbesondere wegen der Kosten für das zu hebende Wasser. Der Wirkungsgrad zwischen der erzeugten und der verbrauchten Energie liegt in der Größenordnung von 70 % bis 80 %.
Der Betrieb ist rentabel, wenn der Unterschied zwischen den Strompreisen außerhalb der Spitzenzeiten (Kauf von kostengünstigem Strom) und Spitzenzeiten (Verkauf von hochpreisigem Strom) erheblich ist.

Wasserkraftwerke bestehen aus 2 Haupteinheiten :

- ein Reservoir oder eine Wasserfassung (bei Laufwasserkraftwerken), die es ermöglicht, einen Wasserfall zu schaffen, in der Regel mit einem Speicher, damit das Kraftwerk auch bei Niedrigwasser weiter betrieben werden kann.

- Ein gegrabener Umleitungskanal kann verwendet werden, um überschüssiges Wasser, das seitlich in einen Dammteich gelangt, umzuleiten. Ein Überlauf lässt die Fluten des Flusses ohne Gefahr für die Bauwerke passieren;
Das Kraftwerk, auch Fabrik genannt, das es ermöglicht, den Wasserfall zum Antrieb der Turbinen und dann zum Antrieb einer Lichtmaschine zu nutzen.

Am häufigsten sind bei weitem Dämme aus Erdwällen oder Riprap, die in Steinbrüchen durch Sprengungen gewonnen werden. Die Abdichtung erfolgt zentral (Lehm oder Bitumenbeton) oder auf der Anströmfläche (Zementbeton oder Bitumenbeton). Diese Art von Damm passt sich an eine Vielzahl von Geologien an;
Schwerkraftdämme, die zuerst in Mauerwerk, dann in Beton und in jüngerer Zeit in Beton gebaut wurden, der mit einer BCR-Walze verdichtet wurde), was erhebliche Zeit- und Kosteneinsparungen ermöglicht. Das Grundgestein muss von guter Qualität sein;
Die Betonbogendämme sind an relativ enge Täler angepasst und deren Ufer aus hochwertigem Gestein bestehen. Die Subtilität ihrer Formen ermöglicht es, die Betonmenge zu reduzieren und wirtschaftliche Dämme zu bauen;
Die Mehrbogen- und Strebepfeilerdämme werden nicht mehr gebaut. BCR-Schwerkraftdämme ersetzen sie.

Die Anlagen sind mit Turbinen ausgestattet, die die Energie des Wasserstroms in eine mechanische Rotation umwandeln, um Generatoren anzutreiben.

Die Art der verwendeten Turbine hängt von der Höhe des Wasserfalls ab :
- Für sehr niedrige Fallhöhen (1 bis 30 Meter) können Rohrturbinen verwendet werden;
- Für niedrige Fallhöhen (5 bis 50 Meter) und hohe Durchflussmengen wird die Kaplan-Turbine bevorzugt : Ihre Schaufeln sind lenkbar, wodurch die Leistung der Turbine an die Förderhöhe angepasst werden kann und gleichzeitig ein guter Wirkungsgrad beibehalten wird.
- Die Francis-Turbine wird für mittlere Fallhöhen (40 bis 600 Meter) und mittlere Durchflüsse verwendet. Wasser tritt durch den Umfang der Schaufeln ein und wird in ihrer Mitte abgelassen;
- Die Pelton-Turbine ist für hohe Stürze (200 bis 1.800 Meter) und niedrigen Durchfluss geeignet. Er erhält Wasser unter sehr hohem Druck über einen Injektor (dynamischer Aufprall des Wassers auf den Eimer).

Bei Kleinwasserkraftwerken erleichtern kostengünstige (und weniger effiziente) Turbinen und einfache Konzepte die Installation von Kleinblöcken.

Wirtschaftlichkeit und Planbarkeit der Produktion

Der Bau von Staudämmen ist durch Investitionen gekennzeichnet, die umso höher und je breiter das Tal ist.
Diese Investitionsausgaben unterscheiden sich stark je nach den Merkmalen der Entwicklung und den Nebenkosten im Zusammenhang mit sozialen und ökologischen Zwängen, insbesondere den Kosten der enteigneten Flächen.
Die wirtschaftlichen Vorteile, die mit der Modulationskapazität der Stromerzeugung verbunden sind, ermöglichen es, diese Investitionen rentabel zu machen, da die Wasserressource kostenlos ist und die Wartungskosten gesenkt werden.

Die Wasserkraft ermöglicht es, den Bedarf an Anpassung der Stromerzeugung zu decken, insbesondere durch die Speicherung von Wasser in großen Stauseen durch Dämme oder Deiche.
Die jährlichen Schwankungen der Wasserkraftproduktion sind jedoch erheblich. Sie hängen hauptsächlich mit Niederschlägen zusammen. Die Produktion kann in Jahren mit hohen Wasserressourcen um 15 % steigen und in Jahren großer Dürre um 30 % sinken.

Wasserkraft wird manchmal dafür kritisiert, dass sie Bevölkerungsvertreibungen verursacht, wobei Flüsse und Bäche privilegierte Orte für die Errichtung von Wohnraum sind.
So hat beispielsweise der Drei-Schluchten-Staudamm in China fast zwei Millionen Menschen vertrieben. Aufgrund der geänderten Wasserregulierung können Ökosysteme flussaufwärts und flussabwärts von Staudämmen gestört werden (einschließlich der Wanderung von Wasserlebewesen), obwohl Vorrichtungen wie Fischtreppen installiert sind.

Messung von Wasserkraft

Die Leistung eines Wasserkraftwerks kann nach folgender Formel berechnet werden :

P = Q.ρ.H.g.r

Mit :

• P : Leistung (ausgedrückt in W)
  


• F : durchschnittlicher Durchfluss gemessen in Kubikmetern pro Sekunde
  


• ρ : Dichte des Wassers, d. h. 1 000 kg/m3
  


• H : Fallhöhe in Metern
  


• g : Schwerkraftkonstante, d.h. fast 9,8 (m/s2)
  


• A : Anlageneffizienz (zwischen 0,6 und 0,9)
  

Weltweit :

Wasserkraft machte 2018 fast 15,8 % der weltweiten Stromerzeugung aus (mit einer Jahresproduktion von rund 4.193 TWh);
ein Dutzend Länder, darunter vier in Europa, produzieren mehr als die Hälfte ihres Stroms aus Wasserkraft. Norwegen ist führend, gefolgt von Brasilien, Kolumbien, Island, Venezuela, Kanada, Österreich, Neuseeland und der Schweiz.