Ajo gjenerohet duke përdorur forcën e ujit lëvizës, zakonisht nga përrenjtë, lumenjtë ose liqenet, për të rrotulluar turbinat që aktivizojnë gjeneratorët elektrikë.
Kjo energji përdoret gjerësisht në të gjithë botën për prodhimin e energjisë në shkallë të gjerë.

Hidrocentralet e rezervuarit (ose impiantit) :
Këto bimë janë të pajisura me një digë dhe një rezervuar për të ruajtur ujin. Uji çlirohet nga rezervuari përmes penstocks për të kthyer turbinat dhe për të prodhuar energji elektrike. Centralet e rezervuarit mund të jenë të mëdha në madhësi dhe zakonisht kanë një kapacitet të madh të ruajtjes së ujit, gjë që u lejon atyre të rregullojnë prodhimin e energjisë elektrike sipas kërkesës.

Hidrocentralet e rrjedhës së lumenjve :
Ndryshe nga centralet e rezervuarëve, centralet e rrjedhës së lumit nuk kanë diga apo rezervuarë. Ata thjesht shfrytëzojnë rrjedhën natyrore të përrenjve ose lumenjve për të kthyer turbinat dhe për të prodhuar energji elektrike. Këto centrale janë përgjithësisht më të vogla në madhësi dhe varen nga kushtet hidrologjike për prodhimin e tyre të energjisë elektrike.

Hidrocentralet e pompuara të magazinimit :
Centralet e pompuara të magazinimit janë projektuar për të ruajtur energjinë duke përdorur dy tanke, një depozitë të sipërme dhe një depozitë të poshtme. Gjatë periudhave të kërkesës së ulët për energji elektrike, uji pompohet nga rezervuari i poshtëm në rezervuarin e sipërm për të ruajtur energjinë potenciale. Kur kërkesa për energji elektrike është e lartë, uji çlirohet nga rezervuari i sipërm për të rrotulluar turbinat dhe për të prodhuar energji elektrike.

Mikro-hidrocentralet :
Mikro-hidrocentralet janë instalime të vogla hidroelektrike në përgjithësi me një kapacitet prej më pak se 100 kW. Ato mund të instalohen në përrenj të vegjël ose lumenj, shpesh për qëllime lokale, si furnizimi me energji elektrike për komunitetet e largëta ose vendet industriale.

Mini-hidrocentralet :
Mini-hidrocentralet kanë një kapacitet gjenerues pak më të lartë se mikrocentralet, zakonisht deri në disa megavat. Ato shpesh përdoren për të fuqizuar qytetet e vogla, industritë ose zonat e largëta rurale.

Centralet energjitike të ushqyera me gravitetin përfitojnë nga rrjedhja e ujit dhe një ndryshim në nivel. Ato mund të klasifikohen sipas rrjedhjes së turbinave dhe lartësisë së kokës së tyre. Ekzistojnë tre lloje të centraleve të ushqyera me gravitetin (të listuara këtu në rend të rëndësisë në përzierjen e hidrocentraleve) :

- Centralet e rrjedhës së lumit përdorin rrjedhjen e një lumi dhe sigurojnë energji bazë të prodhuar "rrjedha e lumit" dhe injektohen menjëherë në rrjet. Ato kërkojnë zhvillime të thjeshta që janë shumë më pak të shtrenjta se centralet më të larta : struktura të vogla devijimi, diga të vogla që përdoren për të devijuar rrjedhjen e disponueshme nga lumi në centralin elektrik, ndoshta një rezervuar i vogël kur rrjedha e lumit është shumë e ulët (zbrazja konstante(2) më pak se 2 orë). Ato zakonisht përbëhen nga një marrje uji, një tunel ose një kanal, i ndjekur nga një penstock dhe një hidroelektrik i vendosur në bregun e lumit. Rënia e presionit të ulët(3) në tunel ose kanal i lejon ujit të fitojë lartësi në raport me lumin dhe për këtë arsye të fitojë energji potenciale;
- mbyllin centralet elektrike në lumenj të mëdhenj me një pjerrësi relativisht të pjerrët si Rhini ose Rhone, digat në lumë ose në një kanal paralel me lumin shkaktojnë një sërë ujëvarash dekametrike që nuk e shqetësojnë luginën në tërësi falë digave paralele me lumin. Hidrocentralet e vendosura në këmbët e digave turbinojnë ujin e lumit. Menaxhimi i kujdesshëm i ujit të ruajtur midis dy digave bën të mundur sigurimin e energjisë së pikut përveç ngarkesës bazë;
- Centralet e liqenit (ose centralet me kokë të lartë) janë gjithashtu të lidhura me një rezervuar uji të krijuar nga një digë. Rezervuari i tyre i madh (konstantja e zbrazjes prej më shumë se 200 orësh) lejon ruajtjen sezonale të ujit dhe modulimin e prodhimit të energjisë elektrike : termocentralet e liqenit thirren gjatë orëve të konsumit më të lartë dhe bëjnë të mundur reagimin ndaj majave. Ka shumë prej tyre në Francë. Bima mund të gjendet në këmbët e digës ose shumë më poshtë. Në këtë rast, uji transferohet përmes tuneleve të ngarkuara me liqenin në hyrje të centralit elektrik.

Stacionet e pompuara të transferimit të energjisë kanë dy basene, një pellg të sipërm (p.sh. një liqen me lartësi të lartë) dhe një basen më të ulët (p.sh. një rezervuar artificial) midis të cilit vendoset një pajisje e kthyeshme që mund të funksionojë si pompë ose turbinë për pjesën hidraulike dhe si motor ose alternator për pjesën elektrike.

Uji në pellgun e sipërm është turbinuar gjatë periudhave të kërkesës së lartë për të prodhuar energji elektrike. Pastaj, ky ujë pompohet nga baseni i poshtëm në pellgun e sipërm në periudhat kur energjia është e lirë, e kështu me radhë. Këto centrale nuk konsiderohen të prodhojnë energji nga burime të ripërtëritshme pasi konsumojnë energji elektrike për të sjellë ujë turbinash.
Këto janë struktura të magazinimit të energjisë.
Ata shpesh ndërhyjnë për ndërhyrje afatshkurtra me kërkesë të rrjetit dhe si një vendpushim i fundit (pas hidrocentraleve të tjera) për ndërhyrje më të gjata, në veçanti për shkak të kostos së ujit që do të hiqet. Efikasiteti midis energjisë së prodhuar dhe energjisë së konsumuar është në rendin e 70% deri në 80%.
Operacioni është fitimprurës kur diferenca në çmimet e energjisë elektrike midis periudhave jashtë kulmit (blerja e energjisë elektrike me kosto të ulët) dhe periudhave të pikut (shitja e elektricitetit me çmim të lartë) është e rëndësishme.

Hidrocentralet janë të përbërë nga 2 njësi kryesore :

- një rezervuar ose një marrje uji (në rastin e centraleve të rrjedhës së lumit) që bën të mundur krijimin e një ujëvare, zakonisht me një depozitë magazinimi në mënyrë që centrali elektrik të vazhdojë të funksionojë, edhe gjatë periudhave të ujit të ulët.

- Një kanal devijimi i gërmuar mund të përdoret për të devijuar ujin e tepërt që mbërrin më vonë në një pellg dige. Një derdhje lejon përmbytjet e lumit të kalojnë pa rrezik për strukturat;
Centrali elektrik, i quajtur gjithashtu një fabrikë, e cila lejon ujëvarën të përdoret për të drejtuar turbinat dhe pastaj për të drejtuar një alternator.

Deri tani më të shpeshtat janë digat e bëra nga shtrati i tokës ose riprap të përftuara në gurore nga shpërthimi. I papërshkueshëm nga uji është qendror (argjilë ose beton bituminoz) ose në sipërfaqen e sipërme të rrjedhës (beton çimentoje ose beton bituminoz). Ky lloj dige përshtatet me një shumëllojshmëri të gjerë gjeologjish;
Digat e gravitetit të ndërtuara fillimisht në masoneri, pastaj në beton dhe së fundmi në beton të ngjeshura me një roller BCR) që lejon kursime të rëndësishme në kohë dhe para. Shkëmbi i themelit duhet të jetë i cilësisë së mirë;
Digat e harkuara prej betoni u përshtatën në lugina relativisht të ngushta dhe brigjet e të cilave janë prej shkëmbi të cilësisë së mirë. Subtiliteti i formave të tyre bën të mundur reduktimin e sasisë së betonit dhe ndërtimin e digave ekonomike;
Digat me shumë harqe dhe fortesa nuk ndërtohen më. Digat e gravitetit BCR i zëvendësojnë ato.

Bimët janë të pajisura me turbina që transformojnë energjinë e rrjedhjes së ujit në një rrotullim mekanik në mënyrë që të ngasin alternatorët.

Lloji i turbinave të përdorura varet nga lartësia e ujëvarës :
- për lartësitë shumë të ulëta të kokës (1 deri në 30 metra), mund të përdoren turbinat me bulb;
- për rëniet e ulëta (5 deri në 50 metra) dhe normat e larta të rrjedhjes, preferohet turbina Kaplan : tehet e saj janë të drejtuara, gjë që bën të mundur rregullimin e fuqisë së turbinave në lartësinë e kokës duke ruajtur efikasitetin e mirë;
- turbina Francis përdoret për kokat e mesme (40 deri në 600 metra) dhe rrjedhjen e mesme. Uji hyn përmes periferisë së paleve dhe shkarkohet në qendër të tyre;
- turbina Pelton është e përshtatshme për ujëvara të larta (200 deri në 1.800 metra) dhe rrjedhje të ulët. Ai merr ujë nën presion shumë të lartë nëpërmjet një injektori (ndikimi dinamik i ujit në kovë).

Për hidrocentralet e vogla, turbinat me kosto të ulët (dhe më pak efikase) dhe konceptet e thjeshta lehtësojnë instalimin e njësive të vogla.

Kosto-efektshmëria dhe parashikueshmëria e prodhimit

Ndërtimi i digave karakterizohet nga investime që janë të gjitha më të larta lartësia e rënies dhe sa më gjerë lugina.
Këto shpenzime kapitale ndryshojnë shumë në varësi të karakteristikave të zhvillimit dhe shpenzimeve ndihmëse që lidhen me kufizimet sociale dhe mjedisore, në veçanti koston e tokës së shpronësuar.
Avantazhet ekonomike të lidhura me kapacitetin modulues të prodhimit të energjisë elektrike bëjnë të mundur që këto investime të jenë fitimprurëse, sepse burimi ujor është pa pagesë dhe kostot e mirëmbajtjes janë reduktuar.

Hidrocentralet bëjnë të mundur plotësimin e nevojave të rregullimit të prodhimit të energjisë elektrike, në veçanti duke ruajtur ujin në rezervuarë të mëdhenj me anë të digave apo digave.
Megjithatë, luhatjet vjetore në prodhimin e hidrocentraleve janë të rëndësishme. Ato janë kryesisht të lidhura me reshjet e shiut. Prodhimi mund të rritet me 15% në vite kur burimet ujore janë të larta dhe të ulen me 30% në vitet e thatësirës së madhe.

Hidrocentralet ndonjëherë kritikohen për shkaktimin e zhvendosjeve të popullsisë, me lumenjtë dhe përrenjtë që janë vende të privilegjuara për të ngritur strehim.
Për shembull, Diga e Tre Grykave në Kinë ka zhvendosur gati dy milionë njerëz. Për shkak të rregullimit të modifikuar të ujit, ekosistemet në rrjedhën e sipërme dhe në rrjedhën e poshtme të digave mund të shqetësohen (duke përfshirë migrimin e specieve ujore) edhe pse janë instaluar pajisje të tilla si rrugët e peshkut.

Matja e energjisë hidroelektrike

Fuqia e një hidrocentrali mund të llogaritet me formulën e mëposhtme :

P = Q.ρ.H.g.r

Me :

• P : fuqia (e shprehur në W)
  


• Q : rrjedha mesatare e matur në metër kub për sekondë
  


• ρ : dendësia e ujit, d.m.th. 1 000 kg/m3
  


• H : lartësia e rënies në metra
  


• g : konstante graviteti, pra gati 9.8 (m/s2)
  


• A : Efikasiteti i bimëve (midis 0.6 dhe 0.9)
  

Në mbarë botën :

hidrocentralet përbënin gati 15.8% të prodhimit global të energjisë elektrike në vitin 2018 (me një prodhim vjetor prej rreth 4.193 TWh);
Një duzinë vendesh, duke përfshirë katër në Evropë, prodhojnë më shumë se gjysmën e elektricitetit të tyre nga hidrocentralet. Norvegjia kryeson rrugën, e ndjekur nga Brazili, Kolumbia, Islanda, Venezuela, Kanadaja, Austria, Zelanda e Re dhe Zvicra.