Este generată prin utilizarea forței de mișcare a apei, de obicei din râuri, râuri sau lacuri, pentru a roti turbinele care activează generatoarele electrice.
Această energie este utilizată pe scară largă în întreaga lume pentru generarea de energie la scară largă.

Centrale hidroelectrice de rezervor (sau de îndiguire) :
Aceste instalații sunt echipate cu un baraj și un rezervor pentru stocarea apei. Apa este eliberată din rezervor prin penstock-uri pentru a porni turbinele și a genera electricitate. Centralele electrice cu rezervoare pot fi de dimensiuni mari și au, de obicei, o capacitate mare de stocare a apei, ceea ce le permite să regleze producția de energie electrică în funcție de cerere.

Centrale hidroelectrice de pe cursul râului :
Spre deosebire de centralele electrice din rezervoare, centralele electrice de pe cursul râului nu au baraje sau rezervoare. Ei pur și simplu exploatează fluxul natural al cursurilor de apă sau al râurilor pentru a porni turbinele și a genera electricitate. Aceste centrale sunt, în general, de dimensiuni mai mici și depind de condițiile hidrologice pentru producerea lor de energie electrică.

Centrale hidroelectrice cu acumulare prin pompare :
Centralele electrice cu acumulare prin pompare sunt proiectate pentru a stoca energie folosind două rezervoare, un rezervor superior și un rezervor inferior. În perioadele cu cerere scăzută de energie electrică, apa este pompată din rezervorul inferior în rezervorul superior pentru a stoca energia potențială. Când cererea de energie electrică este mare, apa este eliberată din rezervorul superior pentru a roti turbinele și a genera electricitate.

Microhidrocentrale :
Microhidrocentralele sunt instalații microhidroelectrice, în general cu o capacitate mai mică de 100 kW. Acestea pot fi instalate pe cursuri de apă sau râuri mici, adesea în scopuri locale, cum ar fi furnizarea de energie electrică comunităților îndepărtate sau siturilor industriale.

Minihidrocentrale :
Mini-hidrocentralele au o capacitate de generare puțin mai mare decât microcentralele, de obicei până la câțiva megawați. Acestea sunt adesea folosite pentru a alimenta orașele mici, industriile sau zonele rurale îndepărtate.

Centralele electrice alimentate gravitațional profită de fluxul de apă și de o diferență de nivel. Acestea pot fi clasificate în funcție de debitul turbinei și de înălțimea capului. Există trei tipuri de centrale electrice alimentate gravitațional (enumerate aici în ordinea importanței în mixul hidroenergetic) :

- Centralele electrice de pe cursul râului utilizează debitul unui râu și furnizează energie de bază produsă "pe cursul râului" și injectată imediat în rețea. Acestea necesită dezvoltări simple, care sunt mult mai puțin costisitoare decât centralele electrice mai mari : structuri mici de deviere, baraje mici utilizate pentru devierea debitului disponibil de la râu la centrala electrică, eventual un rezervor mic atunci când debitul râului este prea scăzut (constanta de golire(2) mai puțin de 2 ore). Acestea constau, de obicei, dintr-o priză de apă, un tunel sau un canal, urmate de un penstock și o centrală hidroelectrică situată pe malul râului. Căderea de presiune scăzută(3) din tunel sau canal permite apei să câștige înălțime în raport cu râul și, prin urmare, să dobândească energie potențială;
- blocarea centralelor electrice în râurile mari cu o pantă relativ abruptă, cum ar fi Rin sau Ron, barajele de pe râu sau pe un canal paralel cu râul provoacă o serie de cascade decametrice care nu deranjează valea în ansamblu datorită digurilor paralele cu râul. Centralele hidroelectrice amplasate la poalele barajelor turbinează apa râului. Gestionarea atentă a apei stocate între două baraje face posibilă furnizarea de energie de vârf în plus față de sarcina de bază;
- Centralele electrice lacustre (sau centralele electrice înalte) sunt, de asemenea, asociate cu un rezervor de apă creat de un baraj. Rezervorul lor mare (constanta de golire mai mare de 200 de ore) permite stocarea sezonieră a apei și modularea producției de energie electrică : centralele electrice lacustre sunt chemate în timpul orelor cu cel mai mare consum și fac posibilă reacția la vârfuri. Există multe dintre ele în Franța. Planta poate fi localizată la poalele barajului sau mult mai mică. În acest caz, apa este transferată prin tunelurile responsabile de lac până la intrarea centralei electrice.

Stațiile de transfer de energie pompată au două bazine, un bazin superior (de exemplu, un lac de mare altitudine) și un bazin inferior (de exemplu, un rezervor artificial) între care este amplasat un dispozitiv reversibil care poate funcționa ca pompă sau turbină pentru partea hidraulică și ca motor sau alternator pentru partea electrică.

Apa din bazinul superior este turbinată în perioadele de cerere ridicată pentru a produce energie electrică. Apoi, această apă este pompată din bazinul inferior în bazinul superior în perioadele în care energia este ieftină și așa mai departe. Aceste centrale nu sunt considerate a produce energie din surse regenerabile, deoarece consumă energie electrică pentru a aduce apă de turbină.
Acestea sunt instalații de stocare a energiei.
Acestea intervin frecvent pentru intervenții pe termen scurt la solicitarea rețelei și în ultimă instanță (după alte centrale hidroelectrice) pentru intervenții mai lungi, în special din cauza costului apei care trebuie ridicată. Eficiența dintre energia produsă și energia consumată este de ordinul a 70% până la 80%.
Operațiunea este profitabilă atunci când diferența dintre prețurile energiei electrice între perioadele din afara orelor de vârf (cumpărarea de energie electrică cu costuri reduse) și perioadele de vârf (vânzarea de energie electrică la prețuri ridicate) este semnificativă.

Centralele hidroelectrice sunt alcătuite din 2 unități principale :

- un rezervor sau o priză de apă (în cazul centralelor electrice de pe cursul râului) care face posibilă crearea unei cascade, de obicei cu un rezervor de stocare, astfel încât centrala electrică să continue să funcționeze, chiar și în perioadele cu apă scăzută.

- Un canal de deviere săpat poate fi utilizat pentru a devia excesul de apă care ajunge lateral într-un iaz de baraj. Un deversor permite inundațiilor râului să treacă fără pericol pentru structuri;
Centrala electrică, numită și fabrică, care permite cascadei să fie utilizată pentru a conduce turbinele și apoi pentru a conduce un alternator.

De departe cele mai frecvente sunt barajele realizate din terasament de pământ sau riprap obținute în cariere prin sablare. Hidroizolatia este centrala (beton argilos sau bituminos) sau pe suprafata din amonte (beton cimentat sau beton bituminos). Acest tip de baraj se adaptează la o mare varietate de geologii;
baraje gravitaționale construite mai întâi din zidărie, apoi din beton și mai recent din beton compactat cu o rolă BCR), ceea ce permite economii semnificative de timp și bani. Piatra de temelie trebuie să fie de bună calitate;
Barajele arcuite din beton adaptate văilor relativ înguste și ale căror maluri sunt realizate din rocă de bună calitate. Subtilitatea formelor lor face posibilă reducerea cantității de beton și construirea de baraje economice;
Barajele multi-arc și contrafort nu mai sunt construite. Barajele gravitaționale BCR le înlocuiesc.

Centralele sunt echipate cu turbine care transformă energia fluxului de apă într-o rotație mecanică pentru a acționa alternatoarele.

Tipul de turbină utilizat depinde de înălțimea cascadei :
- pentru înălțimi foarte mici ale capului (1 până la 30 de metri), pot fi utilizate turbine cu bec;
- pentru căderi frontale mici (5 până la 50 de metri) și debite mari, turbina Kaplan este preferată : palele sale sunt orientabile, ceea ce face posibilă reglarea puterii turbinei la înălțimea capului, menținând în același timp o bună eficiență;
- turbina Francis este utilizata pentru capete medii (40-600 metri) si debit mediu. Apa intră prin periferia lamelor și este evacuată în centrul lor;
- turbina Pelton este potrivită pentru căderi mari (200 până la 1.800 metri) și debit redus. Acesta primește apă sub presiune foarte mare printr-un injector (impactul dinamic al apei asupra găleții).

Pentru microhidrocentrale, turbinele cu costuri reduse (și mai puțin eficiente) și conceptele simple facilitează instalarea unităților mici.

Raportul cost-eficacitate și previzibilitatea producției

Construcția barajelor se caracterizează prin investiții care sunt cu atât mai mari cu cât înălțimea căderii și cu cât valea este mai largă.
Aceste cheltuieli de capital diferă foarte mult în funcție de caracteristicile dezvoltării și de cheltuielile auxiliare legate de constrângerile sociale și de mediu, în special de costul terenului expropriat.
Avantajele economice legate de capacitatea de modulare a producției de energie electrică fac posibilă realizarea acestor investiții profitabile, deoarece resursa de apă este gratuită, iar costurile de întreținere sunt reduse.

Energia hidroelectrică permite satisfacerea nevoilor de ajustare a producției de energie electrică, în special prin stocarea apei în rezervoare mari prin intermediul barajelor sau digurilor.
Cu toate acestea, fluctuațiile anuale ale producției de energie hidroelectrică sunt semnificative. Acestea sunt legate în principal de precipitații. Producția poate crește cu 15% în anii în care resursele de apă sunt mari și poate scădea cu 30% în anii de secetă mare.

Hidroenergia este uneori criticată pentru că provoacă deplasări ale populației, râurile și pâraiele fiind locuri privilegiate pentru a înființa locuințe.
De exemplu, Barajul celor Trei Defileuri din China a strămutat aproape două milioane de oameni. Datorită reglării modificate a apei, ecosistemele din amonte și din aval de baraje pot fi perturbate (inclusiv migrația speciilor acvatice), deși sunt instalate dispozitive precum căile de pescuit.

Măsurarea energiei hidroelectrice

Puterea unei centrale hidroelectrice poate fi calculată prin următoarea formulă :

P = Q.ρ.H.g.r

Cu :

• P : putere (exprimată în W)
  


• Q : debit mediu măsurat în metri cubi pe secundă
  


• ρ : densitatea apei, adică 1 000 kg/m3
  


• H : înălțimea de cădere în metri
  


• g : constanta gravitațională, adică aproape 9,8 (m/s2)
  


• A : Eficiența instalației (între 0,6 și 0,9)
  

Universal :

hidroenergia a reprezentat aproape 15,8% din producția globală de energie electrică în 2018 (cu o producție anuală de aproximativ 4.193 TWh);
o duzină de țări, inclusiv patru din Europa, produc mai mult de jumătate din energia electrică din hidroenergie. Norvegia conduce drumul, urmată de Brazilia, Columbia, Islanda, Venezuela, Canada, Austria, Noua Zeelandă și Elveția.