Úgy állítják elő, hogy a víz mozgatásának erejét, általában patakokból, folyókból vagy tavakból, az elektromos generátorokat aktiváló turbinák centrifugálására használják.
Ezt az energiát világszerte széles körben használják nagyszabású energiatermelésre.

Tározós (vagy duzzasztó) vízerőművek :
Ezek a növények gáttal és tározóval vannak ellátva a víz tárolására. A vizet a tartályból karámokon keresztül engedik ki, hogy elfordítsák a turbinákat és villamos energiát termeljenek. A tározó erőművek nagy méretűek lehetnek, és általában nagy víztároló kapacitással rendelkeznek, ami lehetővé teszi számukra, hogy a villamosenergia-termelést a kereslet szerint szabályozzák.

Folyóvízi erőművek :
A tározó erőművekkel ellentétben a folyóvízi erőművek nem rendelkeznek gátakkal vagy tározókkal. Egyszerűen kihasználják a patakok vagy folyók természetes áramlását, hogy turbinákat kapcsoljanak és villamos energiát termeljenek. Ezek az erőművek általában kisebb méretűek, és villamosenergia-termelésük hidrológiai feltételeitől függ.

Szivattyús-tározós vízerőművek :
A szivattyús-tározós erőműveket úgy tervezték, hogy két tartályt, egy felső tartályt és egy alsó tartályt használjanak az energia tárolására. Alacsony villamosenergia-igényű időszakokban a vizet az alsó tartályból a felső tartályba szivattyúzzák a potenciális energia tárolására. Ha a villamosenergia-igény magas, a felső tartályból víz szabadul fel a turbinák forgatásához és villamos energia előállításához.

Mikro-vízerőművek :
A mikro-vízerőművek kis vízerőművek, amelyek teljesítménye általában kevesebb, mint 100 kW. Kis patakokra vagy folyókra telepíthetők, gyakran helyi célokra, például távoli közösségek vagy ipari területek villamosenergia-ellátására.

Mini vízerőművek :
A mini-vízerőművek valamivel nagyobb termelési kapacitással rendelkeznek, mint a mikroerőművek, általában néhány megawattig. Gyakran használják kisvárosok, iparágak vagy távoli vidéki területek áramellátására.

A gravitációs táplálású erőművek kihasználják a víz áramlását és a szintkülönbséget. Ezek a turbina áramlása és fejmagassága szerint osztályozhatók. Háromféle gravitációs táplálású erőmű létezik (itt a vízenergia-mixben fontossági sorrendben felsorolva) :

- A folyóvízi erőművek a folyó vízhozamát használják, és alapterhelési energiát szolgáltatnak, amelyet "folyófutáskor" állítanak elő, és azonnal betáplálnak a hálózatba. Egyszerű fejlesztéseket igényelnek, amelyek sokkal olcsóbbak, mint a nagyobb erőművek : kis elterelő szerkezetek, kis gátak, amelyek a folyóból az erőműbe irányítják a rendelkezésre álló áramlást, esetleg egy kis tározót, ha a folyó vízhozama túl alacsony (az ürítési állandó(2) kevesebb, mint 2 óra). Általában vízbevezetésből, alagútból vagy csatornából állnak, amelyet egy penstock és egy vízerőmű követ a folyó partján. Az alagútban vagy csatornában fellépő alacsony nyomásesés [3] lehetővé teszi, hogy a víz a folyóhoz képest magasságot nyerjen, és ezáltal potenciális energiára tegyen szert;
- a viszonylag meredek lejtőjű nagy folyókban, például a Rajnában vagy a Rhône-ban lévő erőművek zsilipjei, a folyón vagy a folyóval párhuzamos csatornán lévő gátak egy sor dekametrikus vízesést okoznak, amelyek a folyóval párhuzamos gátaknak köszönhetően nem zavarják a völgy egészét. A gátak lábánál elhelyezett vízerőművek turbinálják a folyó vizét. A két duzzasztómű között tárolt víz gondos kezelése lehetővé teszi az alapterhelés mellett csúcsenergia biztosítását is;
- A tóerőművek (vagy a nagy fejű erőművek) szintén kapcsolódnak egy gát által létrehozott víztározóhoz. Nagy tározójuk (több mint 200 órás ürítési állandó) lehetővé teszi a szezonális víztárolást és a villamosenergia-termelés modulációját : a tóerőműveket a legnagyobb fogyasztás óráiban hívják fel, és lehetővé teszik a csúcsokra való reagálást. Sokan vannak Franciaországban. A növény a gát lábánál vagy sokkal alacsonyabban található. Ebben az esetben a vizet a tóért felelős alagutakon keresztül továbbítják az erőmű bejáratához.

A szivattyús energiaátviteli állomások két medencéből állnak, egy felső medencéből (pl. egy nagy magasságú tó) és egy alsó medencéből (pl. egy mesterséges tározó), amelyek között egy reverzibilis eszköz van elhelyezve, amely szivattyúként vagy turbinaként működhet a hidraulikus részhez, valamint motorként vagy generátorként az elektromos részhez.

A felső medencében lévő vizet turbinázzák olyan időszakokban, amikor nagy a villamosenergia-igény. Ezután ezt a vizet az alsó medencéből a felső medencébe szivattyúzzák olyan időszakokban, amikor az energia olcsó, és így tovább. Ezek az erőművek nem tekinthetők megújuló energiaforrásokból energiát előállítónak, mivel villamos energiát fogyasztanak a turbinavíz előállításához.
Ezek energiatároló létesítmények.
Gyakran beavatkoznak rövid távú beavatkozások esetén a hálózat kérésére, és végső esetben (más vízerőművek után) hosszabb beavatkozások esetén, különösen a megszüntetendő víz költségei miatt. Az előállított és az elfogyasztott energia közötti hatékonyság 70-80% körül mozog.
A művelet akkor nyereséges, ha a csúcsidőn kívüli időszakok (alacsony költségű villamos energia vásárlása) és a csúcsidőszakok (magas árú villamos energia értékesítése) közötti villamosenergia-árak közötti különbség jelentős.

A vízerőművek 2 fő egységből állnak :

- tározó vagy vízbevezető (folyóvízi erőművek esetén), amely lehetővé teszi vízesés létrehozását, általában tárolótartállyal, hogy az erőmű alacsony vízállás idején is tovább működjön.

- Egy ásott elterelő csatorna használható az oldalirányban érkező felesleges víz elvezetésére a gáttóba. A kiömlés lehetővé teszi a folyó árvizeinek áthaladását a szerkezetek veszélye nélkül;
Az erőmű, más néven gyár, amely lehetővé teszi a vízesés használatát a turbinák, majd a generátor meghajtására.

Messze a leggyakoribbak a földtöltésből készült gátak vagy a kőbányákban robbantással nyert riprap. A vízszigetelés központi (agyag vagy bitumenes beton) vagy a felső felületen (cementbeton vagy bitumenes beton). Ez a fajta gát sokféle geológiához alkalmazkodik;
először falazatba, majd betonba és újabban BCR hengerrel tömörített betonba épített gravitációs gátak), amelyek jelentős idő- és pénzmegtakarítást tesznek lehetővé. Az alapkőzetnek jó minőségűnek kell lennie;
A betoníves gátak viszonylag keskeny völgyekhez igazodtak, és partjai jó minőségű kőzetből készültek. Formájuk finomsága lehetővé teszi a beton mennyiségének csökkentését és gazdaságos gátak építését;
A többíves és támpilléres gátak már nem épülnek meg. BCR gravitációs gátak helyettesítik őket.

Az üzemek turbinákkal vannak felszerelve, amelyek a vízáramlás energiáját mechanikus forgássá alakítják a generátorok meghajtása érdekében.

Az alkalmazott turbina típusa a vízesés magasságától függ :
- nagyon alacsony fejmagasság (1–30 méter) esetén izzóturbinák használhatók;
- alacsony (5–50 méter) és nagy áramlási sebesség esetén a Kaplan-turbinát részesítik előnyben : lapátjai kormányozhatók, ami lehetővé teszi a turbina teljesítményének a fejmagassághoz való igazítását a jó hatékonyság fenntartása mellett;
- a Francis-turbinát közepes fejekhez (40–600 méter) és közepes térfogatáramhoz használják. A víz belép a pengék perifériáján, és a középpontjukban ürül;
- a Pelton-turbina alkalmas nagy esésekre (200–1 800 méter) és alacsony áramlásra. Nagyon nagy nyomás alatt egy injektoron keresztül fogadja a vizet (a víz dinamikus hatása a vödörre).

A kis vízerőművek esetében az alacsony költségű (és kevésbé hatékony) turbinák és az egyszerű fogalmak megkönnyítik a kis egységek telepítését.

A termelés költséghatékonysága és kiszámíthatósága

A gátak építését olyan beruházások jellemzik, amelyek annál magasabbak, mint az esés magassága és annál szélesebb a völgy.
Ezek a tőkekiadások nagymértékben különböznek a fejlesztés jellemzőitől, valamint a szociális és környezeti korlátokkal kapcsolatos járulékos költségektől, különösen a kisajátított földterület költségeitől függően.
A villamosenergia-termelés modulációs kapacitásához kapcsolódó gazdasági előnyök lehetővé teszik, hogy ezek a beruházások nyereségessé váljanak, mivel a vízkészlet ingyenes és a karbantartási költségek csökkennek.

A vízenergia lehetővé teszi a villamosenergia-termelés kiigazításával kapcsolatos igények kielégítését, különösen azáltal, hogy a vizet gátak vagy gátak segítségével nagy tározókban tárolják.
A vízenergia-termelés éves ingadozása azonban jelentős. Ezek elsősorban a csapadékhoz kapcsolódnak. A termelés 15% -kal növekedhet azokban az években, amikor a vízkészletek magasak, és 30% -kal csökkenhet a nagy aszályos években.

A vízenergiát néha kritizálják a lakosság elvándorlása miatt, a folyók és patakok kiváltságos helyek a lakások kialakításához.
Például a kínai Három Szurdok-gát közel kétmillió embert kényszerített lakóhelye elhagyására. A módosított vízszabályozás miatt a gátak előtti és utáni ökoszisztémák zavart okozhatnak (beleértve a vízi fajok vándorlását is), bár olyan eszközöket telepítenek, mint a halutak.

A vízenergia mérése

A vízerőmű teljesítménye a következő képlettel számítható ki :

P = Q.ρ.H.g.r

Val :

• P : teljesítmény (W-ban kifejezve)
  


• K : köbméter/másodpercben mért átlagos térfogatáram
  


• ρ : a víz sűrűsége, azaz 1 000 kg/m3
  


• H : esési magasság méterben
  


• g : gravitációs állandó, azaz közel 9,8 (m/s2)
  


• A : Az üzem hatékonysága (0,6 és 0,9 között)
  

Világméretű :

a vízenergia 2018-ban a globális villamosenergia-termelés közel 15,8% -át tette ki (éves termelése körülbelül 4,193 TWh volt);
egy tucat ország, köztük négy Európában, villamos energiájának több mint felét vízenergiából állítja elő. Norvégia vezet az élen, őt Brazília, Kolumbia, Izland, Venezuela, Kanada, Ausztria, Új-Zéland és Svájc követi.