यह विद्युत जनरेटर को सक्रिय करने वाले टर्बाइनों को स्पिन करने के लिए, आमतौर पर धाराओं, नदियों या झीलों से चलती पानी के बल का उपयोग करके उत्पन्न होता है।
इस ऊर्जा का व्यापक रूप से दुनिया भर में बड़े पैमाने पर बिजली उत्पादन के लिए उपयोग किया जाता है।

जलाशय (या जब्ती) पनबिजली संयंत्र :
ये संयंत्र पानी को स्टोर करने के लिए एक बांध और एक जलाशय से सुसज्जित हैं। टर्बाइनों को चालू करने और बिजली उत्पन्न करने के लिए पेनस्टॉक के माध्यम से जलाशय से पानी छोड़ा जाता है। जलाशय बिजली संयंत्र आकार में बड़े हो सकते हैं और आमतौर पर एक बड़ी जल भंडारण क्षमता होती है, जो उन्हें मांग के अनुसार बिजली उत्पादन को विनियमित करने की अनुमति देती है।

रन-ऑफ-रिवर पनबिजली संयंत्र :
जलाशय बिजली संयंत्रों के विपरीत, रन-ऑफ-रिवर बिजली संयंत्रों में बांध या जलाशय नहीं होते हैं। वे बस टर्बाइनों को चालू करने और बिजली उत्पन्न करने के लिए धाराओं या नदियों के प्राकृतिक प्रवाह का शोषण करते हैं। ये संयंत्र सामान्यत आकार में छोटे होते हैं और अपने विद्युत उत्पादन के लिए जल वैळ्ाानिक दशाओं पर निर्भर करते हैं।

पंप भंडारण पनबिजली संयंत्र :
पंप किए गए भंडारण बिजली संयंत्रों को दो टैंक, एक ऊपरी टैंक और एक निचले टैंक का उपयोग करके ऊर्जा को स्टोर करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। कम बिजली की मांग की अवधि के दौरान, संभावित ऊर्जा को स्टोर करने के लिए निचले जलाशय से ऊपरी जलाशय तक पानी पंप किया जाता है। जब बिजली की मांग अधिक होती है, तो टर्बाइनों को स्पिन करने और बिजली उत्पन्न करने के लिए ऊपरी टैंक से पानी छोड़ा जाता है।

सूक्ष्म जल विद्युत संयंत्र :
माइक्रो-हाइड्रोपावर प्लांट आमतौर पर 100 किलोवाट से कम की क्षमता वाले छोटे पनबिजली प्रतिष्ठान होते हैं। उन्हें छोटी धाराओं या नदियों पर स्थापित किया जा सकता है, अक्सर स्थानीय उद्देश्यों के लिए, जैसे कि दूरदराज के समुदायों या औद्योगिक स्थलों को बिजली की आपूर्ति।

मिनी-हाइड्रो प्लांट :
मिनी-हाइड्रो संयंत्रों में सूक्ष्म ऊर्जा संयंत्रों की तुलना में थोड़ी अधिक उत्पादन क्षमता होती है, आमतौर पर कुछ मेगावाट तक। वे अक्सर छोटे शहरों, उद्योगों या दूरदराज के ग्रामीण क्षेत्रों को बिजली देने के लिए उपयोग किए जाते हैं।

गुरुत्वाकर्षण-पोषित बिजली संयंत्र पानी के प्रवाह और स्तर में अंतर का लाभ उठाते हैं। उन्हें टरबाइन प्रवाह और उनके सिर की ऊंचाई के अनुसार वर्गीकृत किया जा सकता है। तीन प्रकार के गुरुत्वाकर्षण-पोषित बिजली संयंत्र हैं (जल विद्युत मिश्रण में महत्व के क्रम में यहां सूचीबद्ध) :

- रन-ऑफ-रिवर पावर प्लांट एक नदी के प्रवाह का उपयोग करते हैं और "रन-ऑफ-रिवर" उत्पादित बेसलोड ऊर्जा प्रदान करते हैं और तुरंत ग्रिड में इंजेक्ट किए जाते हैं। उन्हें सरल विकास की आवश्यकता होती है जो उच्च बिजली संयंत्रों की तुलना में बहुत कम खर्चीले होते हैं : छोटे मोड़ संरचनाएं, नदी से बिजली संयंत्र तक उपलब्ध प्रवाह को मोड़ने के लिए उपयोग किए जाने वाले छोटे बांध, संभवतः एक छोटा जलाशय जब नदी का प्रवाह बहुत कम होता है (2 घंटे से कम स्थिरांक (2) खाली करना)। वे आमतौर पर एक पानी का सेवन, एक सुरंग या एक नहर से मिलकर बनते हैं, इसके बाद एक पेनस्टॉक और नदी के तट पर स्थित एक पनबिजली संयंत्र होता है। सुरंग या नहर में कम दबाव ड्रॉप (3) पानी को नदी के संबंध में ऊंचाई हासिल करने की अनुमति देता है और इसलिए संभावित ऊर्जा प्राप्त करने के लिए;
- राइन या रोन जैसे अपेक्षाकृत खड़ी ढलान वाली बड़ी नदियों में बिजली संयंत्रों को बंद करें, नदी पर बांध या नदी के समानांतर एक नहर पर डिकैमेट्रिक झरने की एक श्रृंखला का कारण बनता है जो घाटी को पूरी तरह से परेशान नहीं करते हैं, नदी के समानांतर डाइक के लिए धन्यवाद। बांधों के तल पर रखे गए पनबिजली संयंत्र नदी के पानी को टरबाइन करते हैं। दो बांधों के बीच संग्रहीत पानी का सावधानीपूर्वक प्रबंधन बेसलोड के अलावा चरम ऊर्जा प्रदान करना संभव बनाता है;
- झील-बिजली संयंत्र (या उच्च-शीर्ष बिजली संयंत्र) भी एक बांध द्वारा बनाए गए जल भंडार से जुड़े होते हैं। उनका बड़ा जलाशय (200 घंटे से अधिक का निरंतर खाली करना) मौसमी जल भंडारण और बिजली उत्पादन के मॉड्यूलेशन की अनुमति देता है : झील बिजली संयंत्रों को उच्चतम खपत के घंटों के दौरान बुलाया जाता है और चोटियों का जवाब देना संभव बनाता है। फ्रांस में उनमें से कई हैं। संयंत्र बांध के पैर या बहुत नीचे स्थित हो सकता है। इस मामले में, पानी को झील के प्रभारी सुरंगों के माध्यम से बिजली संयंत्र के प्रवेश द्वार पर स्थानांतरित किया जाता है।

पंप किए गए ऊर्जा हस्तांतरण स्टेशनों में दो बेसिन होते हैं, एक ऊपरी बेसिन (जैसे एक उच्च ऊंचाई वाली झील) और एक निचला बेसिन (जैसे एक कृत्रिम जलाशय) जिसके बीच एक प्रतिवर्ती उपकरण रखा जाता है जो हाइड्रोलिक भाग के लिए पंप या टरबाइन के रूप में कार्य कर सकता है और विद्युत भाग के लिए मोटर या अल्टरनेटर के रूप में।

ऊपरी बेसिन में पानी बिजली उत्पादन की उच्च मांग की अवधि के दौरान टरबाइन किया जाता है। फिर, इस पानी को निचले बेसिन से ऊपरी बेसिन तक उस अवधि में पंप किया जाता है जब ऊर्जा सस्ती होती है, और इसी तरह। इन संयंत्रों को नवीकरणीय स्रोतों से ऊर्जा का उत्पादन करने के लिए नहीं माना जाता है क्योंकि वे टरबाइन पानी लाने के लिए बिजली की खपत करते हैं।
ये ऊर्जा भंडारण सुविधाएं हैं।
वे अक्सर नेटवर्क के अनुरोध पर अल्पकालिक हस्तक्षेप के लिए हस्तक्षेप करते हैं और लंबे समय तक हस्तक्षेप के लिए अंतिम उपाय (अन्य पनबिजली संयंत्रों के बाद) के रूप में, विशेष रूप से उठाए जाने वाले पानी की लागत के कारण। उत्पादित ऊर्जा और खपत ऊर्जा के बीच दक्षता 70% से 80% के क्रम में है।
ऑपरेशन लाभदायक है जब ऑफ-पीक अवधि (कम लागत वाली बिजली खरीदना) और पीक अवधि (उच्च कीमत वाली बिजली बेचना) के बीच बिजली की कीमतों में अंतर महत्वपूर्ण है।

जल विद्युत संयंत्र 2 मुख्य इकाइयों से बने होते हैं :

- एक जलाशय या पानी का सेवन (रन-ऑफ-रिवर बिजली संयंत्रों के मामले में) जो आमतौर पर एक भंडारण टैंक के साथ एक झरना बनाना संभव बनाता है ताकि बिजली संयंत्र कम पानी की अवधि के दौरान भी काम करता रहे।

- एक खोदा हुआ मोड़ चैनल का उपयोग बाद में आने वाले अतिरिक्त पानी को बांध के तालाब में मोड़ने के लिए किया जा सकता है। एक स्पिलवे नदी की बाढ़ को संरचनाओं के लिए खतरे के बिना पारित करने की अनुमति देता है;
पावर प्लांट, जिसे एक कारखाना भी कहा जाता है, जो टर्बाइनों को चलाने और फिर अल्टरनेटर चलाने के लिए झरने का उपयोग करने की अनुमति देता है।

अब तक सबसे अधिक बार पृथ्वी तटबंध या रिप्रैप से बने बांध हैं जो ब्लास्टिंग द्वारा खदानों में प्राप्त होते हैं। वॉटरप्रूफिंग केंद्रीय (मिट्टी या बिटुमिनस कंक्रीट) या अपस्ट्रीम सतह (सीमेंट कंक्रीट या बिटुमिनस कंक्रीट) पर है। इस प्रकार का बांध विभिन्न प्रकार के भूविज्ञान के अनुकूल है;
गुरुत्वाकर्षण बांधों को पहले चिनाई में बनाया गया था, फिर कंक्रीट में और हाल ही में बीसीआर रोलर के साथ कॉम्पैक्ट कंक्रीट में) जो समय और धन में महत्वपूर्ण बचत की अनुमति देता है। नींव की चट्टान अच्छी गुणवत्ता की होनी चाहिए;
कंक्रीट के धनुषाकार बांध अपेक्षाकृत संकीर्ण घाटियों के अनुकूल हैं और जिनके किनारे अच्छी गुणवत्ता वाली चट्टान से बने हैं। उनके आकार की सूक्ष्मता कंक्रीट की मात्रा को कम करना और किफायती बांधों का निर्माण करना संभव बनाती है;
मल्टी-आर्क और बट्रेस बांध अब नहीं बने हैं। बीसीआर गुरुत्वाकर्षण बांध उनकी जगह लेते हैं।

पौधे टर्बाइनों से लैस होते हैं जो अल्टरनेटर चलाने के लिए पानी के प्रवाह की ऊर्जा को यांत्रिक रोटेशन में बदल देते हैं।

उपयोग किए जाने वाले टरबाइन का प्रकार झरने की ऊंचाई पर निर्भर करता है :
- बहुत कम सिर की ऊंचाई (1 से 30 मीटर) के लिए, बल्ब टर्बाइन का उपयोग किया जा सकता है;
- कम हेडफॉल (5 से 50 मीटर) और उच्च प्रवाह दर के लिए, कपलान टरबाइन को प्राथमिकता दी जाती है : इसके ब्लेड स्टीयरेबल होते हैं, जो अच्छी दक्षता बनाए रखते हुए टरबाइन की शक्ति को सिर की ऊंचाई तक समायोजित करना संभव बनाता है;
- फ्रांसिस टरबाइन का उपयोग मध्यम सिर (40 से 600 मीटर) और मध्यम प्रवाह के लिए किया जाता है। पानी ब्लेड की परिधि के माध्यम से प्रवेश करता है और उनके केंद्र में छुट्टी दे दी जाती है;
- पेल्टन टरबाइन उच्च फॉल्स (200 से 1,800 मीटर) और कम प्रवाह के लिए उपयुक्त है। यह एक इंजेक्टर (बाल्टी पर पानी का गतिशील प्रभाव) के माध्यम से बहुत अधिक दबाव में पानी प्राप्त करता है।

छोटे जल विद्युत संयंत्रों के लिए, कम लागत वाली (और कम कुशल) टर्बाइन और सरल अवधारणाएं छोटी इकाइयों की स्थापना की सुविधा प्रदान करती हैं।

लागत-प्रभावशीलता और उत्पादन की पूर्वानुमेयता

बांधों के निर्माण में निवेश की विशेषता है जो सभी गिरने की ऊंचाई और घाटी के व्यापक होते हैं।
ये पूंजीगत व्यय विकास की विशेषताओं और सामाजिक और पर्यावरणीय बाधाओं से संबंधित सहायक खर्चों के आधार पर बहुत भिन्न होते हैं, विशेष रूप से जब्त भूमि की लागत।
बिजली उत्पादन की मॉड्यूलेशन क्षमता से जुड़े आर्थिक लाभ इन निवेशों को लाभदायक बनाना संभव बनाते हैं क्योंकि जल संसाधन नि : शुल्क है और रखरखाव लागत कम हो जाती है।

पनबिजली बिजली उत्पादन को समायोजित करने की जरूरतों को पूरा करना संभव बनाता है, विशेष रूप से बांधों या डाइक के माध्यम से बड़े जलाशयों में पानी का भंडारण करके।
हालांकि, जल विद्युत उत्पादन में वार्षिक उतार-चढ़ाव महत्वपूर्ण हैं। इनका संबंध मुख्यतः वर्षा से है। उन वर्षों में उत्पादन 15% तक बढ़ सकता है जब जल संसाधन अधिक होते हैं और महान सूखे के वर्षों में 30% तक घट सकते हैं।

कभी-कभी जनसंख्या विस्थापन के लिए पनबिजली की आलोचना की जाती है, जिसमें नदियों और नालों को आवास स्थापित करने के लिए विशेषाधिकार प्राप्त स्थान होते हैं।
उदाहरण के लिए, चीन में थ्री गॉर्जेस डैम ने लगभग दो मिलियन लोगों को विस्थापित किया है। संशोधित जल विनियमन के कारण, बांधों के अपस्ट्रीम और डाउनस्ट्रीम पारिस्थितिक तंत्र परेशान हो सकते हैं (जलीय प्रजातियों के प्रवास सहित) हालांकि फिशवे जैसे उपकरण स्थापित हैं।

पनबिजली का मापन

एक जलविद्युत संयंत्र की शक्ति की गणना निम्नलिखित सूत्र द्वारा की जा सकती है :

P = Q.ρ.H.g.r

के साथ :

• पी : शक्ति (डब्ल्यू में व्यक्त)
  


• प्रश्न : औसत प्रवाह घन मीटर प्रति सेकंड में मापा जाता है
  


• ρ : पानी का घनत्व, अर्थात 1 000 kg/m3
  


• एच : मीटर में गिरने की ऊंचाई
  


• G : गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक, यानी लगभग 9.8 (m/s2)
  


• ए : संयंत्र दक्षता (0.6 और 0.9 के बीच)
  

विश्‍वव्‍यापी :

2018 में वैश्विक बिजली उत्पादन का लगभग 15.8% (लगभग 4,193 TWH के वार्षिक उत्पादन के साथ) जल विद्युत का लगभग 15.8% हिस्सा था;
यूरोप में चार सहित एक दर्जन देश, पनबिजली से अपनी आधी से अधिक बिजली का उत्पादन करते हैं। नॉर्वे सबसे आगे है, इसके बाद ब्राजील, कोलंबिया, आइसलैंड, वेनेजुएला, कनाडा, ऑस्ट्रिया, न्यूजीलैंड और स्विट्जरलैंड हैं।