Het wordt opgewekt door de kracht van bewegend water te gebruiken, meestal uit beken, rivieren of meren, om turbines te laten draaien die elektrische generatoren activeren.
Deze energie wordt over de hele wereld veel gebruikt voor grootschalige energieopwekking.

Waterkrachtcentrales in reservoirs (of opstuwingen) :
Deze planten zijn uitgerust met een dam en een reservoir om water op te slaan. Water wordt uit het reservoir vrijgegeven via penstocks om de turbines te laten draaien en elektriciteit op te wekken. Reservoircentrales kunnen groot zijn en hebben meestal een grote wateropslagcapaciteit, waardoor ze de elektriciteitsproductie kunnen reguleren op basis van de vraag.

Waterkrachtcentrales in run-of-river :
In tegenstelling tot stuwkrachtcentrales hebben run-of-river-energiecentrales geen dammen of reservoirs. Ze maken gewoon gebruik van de natuurlijke stroming van beken of rivieren om turbines te laten draaien en elektriciteit op te wekken. Deze centrales zijn over het algemeen kleiner van omvang en zijn voor hun elektriciteitsproductie afhankelijk van hydrologische omstandigheden.

Waterkrachtcentrales met pompaccumulatie :
Pompaccumulatiecentrales zijn ontworpen om energie op te slaan met behulp van twee tanks, een bovenste tank en een onderste tank. Tijdens perioden van lage elektriciteitsvraag wordt water van het onderste reservoir naar het bovenste reservoir gepompt om potentiële energie op te slaan. Wanneer de vraag naar elektriciteit hoog is, wordt water uit de bovenste tank vrijgegeven om de turbines te laten draaien en elektriciteit op te wekken.

Micro-waterkrachtcentrales :
Microwaterkrachtcentrales zijn kleine waterkrachtcentrales, over het algemeen met een vermogen van minder dan 100 kW. Ze kunnen worden geïnstalleerd op kleine stroompjes of rivieren, vaak voor lokale doeleinden, zoals het leveren van elektriciteit aan afgelegen gemeenschappen of industrieterreinen.

Mini-hydro planten :
Mini-waterkrachtcentrales hebben een iets hogere opwekkingscapaciteit dan micro-energiecentrales, meestal tot enkele megawatts. Ze worden vaak gebruikt om kleine steden, industrieën of afgelegen plattelandsgebieden van stroom te voorzien.

Zwaartekrachtcentrales maken gebruik van de stroming van het water en een niveauverschil. Ze kunnen worden geclassificeerd op basis van het turbinedebiet en hun opvoerhoogte. Er zijn drie soorten zwaartekrachtcentrales (hier opgesomd in volgorde van belangrijkheid in de waterkrachtmix) :

- Run-of-river-energiecentrales maken gebruik van de stroming van een rivier en leveren basislastenergie die "run-of-river" wordt geproduceerd en onmiddellijk in het net wordt geïnjecteerd. Ze vereisen eenvoudige ontwikkelingen die veel goedkoper zijn dan hogere energiecentrales : kleine omleidingsstructuren, kleine dammen die worden gebruikt om het beschikbare debiet van de rivier naar de elektriciteitscentrale om te leiden, mogelijk een klein reservoir wanneer het rivierdebiet te laag is (leegconstante(2) minder dan 2 uur). Ze bestaan meestal uit een waterinlaat, een tunnel of een kanaal, gevolgd door een stuwdam en een waterkrachtcentrale aan de oever van de rivier. Door de lage drukval(3) in de tunnel of het kanaal kan het water hoogte winnen ten opzichte van de rivier en daardoor potentiële energie krijgen;
- sluiscentrales in grote rivieren met een relatief steile helling zoals de Rijn of de Rhône, dammen op de rivier of op een kanaal parallel aan de rivier veroorzaken een reeks decametrische watervallen die de vallei als geheel niet verstoren dankzij dijken parallel aan de rivier. De waterkrachtcentrales die aan de voet van de dammen zijn geplaatst, turbineren het water van de rivier. Zorgvuldig beheer van het water dat tussen twee dammen wordt opgeslagen, maakt het mogelijk om naast de basislast ook piekenergie te leveren;
- Meercentrales (of hoogspanningscentrales) worden ook geassocieerd met een waterreservoir dat door een dam wordt gecreëerd. Hun grote reservoir (ledigingsconstante van meer dan 200 uur) maakt seizoensgebonden wateropslag en modulatie van de elektriciteitsproductie mogelijk : meercentrales worden opgeroepen tijdens de uren met het hoogste verbruik en maken het mogelijk om op pieken te reageren. Er zijn er veel in Frankrijk. De plant kan aan de voet van de dam staan of veel lager. In dit geval wordt het water via tunnels die verantwoordelijk zijn voor het meer overgebracht naar de ingang van de energiecentrale.

Gepompte energieoverdrachtstations hebben twee bassins, een bovenste bassin (bv. een hooggelegen meer) en een lager bassin (bv. een kunstmatig reservoir) waartussen een omkeerbaar apparaat is geplaatst dat kan fungeren als pomp of turbine voor het hydraulische gedeelte en als motor of dynamo voor het elektrische gedeelte.

Het water in het bovenste bassin wordt in perioden van grote vraag met turbines gebruikt om elektriciteit te produceren. Vervolgens wordt dit water van het onderste bekken naar het bovenste bassin gepompt in perioden dat energie goedkoop is, enzovoort. Deze centrales worden niet geacht energie uit hernieuwbare bronnen te produceren, aangezien zij elektriciteit verbruiken om turbinewater naar boven te brengen.
Dit zijn energieopslagfaciliteiten.
Ze komen vaak tussen voor kortetermijninterventies op vraag van het net en als laatste redmiddel (na andere waterkrachtcentrales) voor langere interventies, met name vanwege de kosten van het op te tillen water. Het rendement tussen de geproduceerde energie en de verbruikte energie ligt in de orde van grootte van 70% tot 80%.
De operatie is winstgevend wanneer het verschil in elektriciteitsprijzen tussen dalperiodes (aankoop van goedkope elektriciteit) en piekperiodes (verkoop van dure elektriciteit) aanzienlijk is.

Waterkrachtcentrales bestaan uit 2 hoofdeenheden :

- een reservoir of een waterinlaat (in het geval van waterkrachtcentrales) die het mogelijk maakt een waterval te creëren, meestal met een opslagtank, zodat de energiecentrale blijft werken, zelfs tijdens perioden van laag water.

- Een gegraven omleidingskanaal kan worden gebruikt om overtollig water dat zijdelings aankomt om te leiden naar een damvijver. Een overlaat laat de overstromingen van de rivier passeren zonder gevaar voor de constructies;
De energiecentrale, ook wel fabriek genoemd, waardoor de waterval kan worden gebruikt om de turbines aan te drijven en vervolgens om een dynamo aan te drijven.

Verreweg de meest voorkomende zijn dammen gemaakt van aarden wal of riprap die in steengroeven worden verkregen door middel van explosieven. De waterdichting is centraal (klei of bitumineus beton) of aan de bovenzijde (cementbeton of bitumineus beton). Dit type dam past zich aan een breed scala aan geologieën aan;
zwaartekrachtdammen eerst gebouwd in metselwerk, daarna in beton en meer recentelijk in beton verdicht met een BCR-rol) wat een aanzienlijke besparing in tijd en geld mogelijk maakt. Het funderingsgesteente moet van goede kwaliteit zijn;
De betonnen boogdammen zijn aangepast aan relatief smalle valleien en waarvan de oevers zijn gemaakt van gesteente van goede kwaliteit. De subtiliteit van hun vormen maakt het mogelijk om de hoeveelheid beton te verminderen en economische dammen te bouwen;
De dammen met meerdere bogen en steunberen worden niet meer gebouwd. BCR-zwaartekrachtdammen vervangen ze.

De centrales zijn uitgerust met turbines die de energie van de waterstroom omzetten in een mechanische rotatie om dynamo's aan te drijven.

Het type turbine dat wordt gebruikt, is afhankelijk van de hoogte van de waterval :
- voor zeer lage opvoerhoogtes (1 tot 30 meter) kunnen gloeilampturbines worden gebruikt;
- voor lage opvoerhoogtes (5 tot 50 meter) en hoge debieten wordt de voorkeur gegeven aan de Kaplan-turbine : de bladen zijn stuurbaar, waardoor het vermogen van de turbine kan worden aangepast aan de opvoerhoogte met behoud van een goed rendement;
- de Francis-turbine wordt gebruikt voor middelgrote opvoerhoogtes (40 tot 600 meter) en middelmatige stroom. Water komt binnen via de periferie van de bladen en wordt in het midden afgevoerd;
- de Pelton-turbine is geschikt voor hoge valpartijen (200 tot 1.800 meter) en een laag debiet. Het ontvangt water onder zeer hoge druk via een injector (dynamische impact van het water op de emmer).

Voor kleine waterkrachtcentrales vergemakkelijken goedkope (en minder efficiënte) turbines en eenvoudige concepten de installatie van kleine eenheden.

Kosteneffectiviteit en voorspelbaarheid van de productie

De bouw van dammen wordt gekenmerkt door investeringen die des te hoger zijn naarmate de hoogte van de val en de breedte van de vallei.
Deze investeringsuitgaven verschillen sterk afhankelijk van de kenmerken van het project en de bijkomende kosten in verband met sociale en milieubeperkingen, met name de kosten van de onteigende grond.
De economische voordelen die verbonden zijn aan de modulatiecapaciteit van de elektriciteitsproductie maken het mogelijk om deze investeringen rendabel te maken, omdat de waterbron gratis is en de onderhoudskosten worden verlaagd.

Waterkracht maakt het mogelijk om te voldoen aan de behoeften van het aanpassen van de elektriciteitsproductie, met name door water op te slaan in grote reservoirs door middel van dammen of dijken.
De jaarlijkse fluctuaties in de waterkrachtproductie zijn echter aanzienlijk. Ze hebben vooral te maken met regenval. De productie kan met 15% toenemen in jaren waarin de watervoorraden hoog zijn en met 30% afnemen in jaren van grote droogte.

Waterkracht wordt soms bekritiseerd omdat het volksverhuizingen veroorzaakt, waarbij rivieren en beken bevoorrechte plaatsen zijn om woningen op te zetten.
De Drieklovendam in China heeft bijvoorbeeld bijna twee miljoen mensen ontheemd. Als gevolg van gewijzigde waterregulering kunnen ecosystemen stroomopwaarts en stroomafwaarts van dammen worden verstoord (inclusief de migratie van aquatische soorten), hoewel apparaten zoals vispassages zijn geïnstalleerd.

Meting van waterkracht

Het vermogen van een waterkrachtcentrale kan worden berekend met de volgende formule :

P = Q.ρ.H.g.r

Met :

• P : vermogen (uitgedrukt in W)
  


• Q : gemiddeld debiet gemeten in kubieke meter per seconde
  


• ρ : dichtheid van het water, d.w.z. 1 000 kg/m3
  


• H : valhoogte in meters
  


• g : zwaartekrachtconstante, d.w.z. bijna 9,8 (m/s2)
  


• A : Efficiëntie van de installatie (tussen 0,6 en 0,9)
  

Wereldwijd :

waterkracht was in 2018 goed voor bijna 15,8% van de wereldwijde elektriciteitsproductie (met een jaarlijkse productie van ongeveer 4.193 TWh);
een tiental landen, waaronder vier in Europa, produceren meer dan de helft van hun elektriciteit uit waterkracht. Noorwegen loopt voorop, gevolgd door Brazilië, Colombia, IJsland, Venezuela, Canada, Oostenrijk, Nieuw-Zeeland en Zwitserland.