Генерише се силом покретне воде, обично од потока, река или језера, до окретања турбина које активирају електричне генераторе.
Ова енергија се широко користи широм света за производњу енергије великих размера.

Резервоар (или заплена) хидроелектрана :
Ове биљке су опремљене браном и резервоаром за складиштење воде. Вода се ослобађа из резервоара кроз пенстоцкс да би се окренуле турбине и произвела струја. Електране на резервоаре могу бити велике величине и обично имају велики капацитет складиштења воде, што им омогућава да регулишу производњу електричне енергије у складу са потражњом.

Хидроелектране на води :
За разлику од електрана на резервоаре, електране на обали немају бране или резервоаре. Они једноставно експлоатишу природни ток потока или река да би окренули турбине и произвели струју. Ове електране су генерално мање величине и зависе од хидролошких услова за њихову производњу електричне енергије.

Напумпане хидроелектране за складиштење :
Напумпане складишне електране дизајниране су за складиштење енергије помоћу два резервоара, горњег резервоара и доњег резервоара. Током периода слабе потражње за електричном енергијом, вода се испумпава из доњег резервоара у горњи резервоар како би се ускладиштила потенцијална енергија. Када је потражња за струјом велика, вода се ослобађа из горњег резервоара да би се завртеле турбине и произвела струја.

Микро-хидроелектране :
Микро -хидроелектране су мале хидроелектране генерално капацитета мање од 100 кW. Оне се могу инсталирати на малим потоцима или рекама, често у локалне сврхе, као што је снабдевање електричном енергијом удаљених заједница или индустријских локација.

Мини хидроелектране :
Мини -хидроелектране имају нешто већи капацитет генерације од микроелектрана, обично до неколико мегавата. Често се користе за напајање малих градова, индустрија или удаљених руралних подручја.

Гравитационе електране искоришћавају проток воде и разлику у нивоу. Могу се класификовати према протоку турбине и висини главе. Постоје три врсте гравитационих електрана (наведене овде по редоследу важности у хидроенергетски микс) :

- Електране на обали користе ток реке и обезбеђују базну енергију произведену "претрчном реком" и убризгавају се одмах у мрежу. Они захтевају једноставна кретања која су много мање скупа од виших електрана : мале структуре за разоноду, мале бране које се користе за преусмеравање расположивог тока из реке у електрану, вероватно мали резервоар када је ток реке пренизак (пражњење константе(2) мање од 2 сата). Обично се састоје од уноса воде, тунела или канала, а следе пенсток и хидроелектрана која се налази на обали реке. Пад ниског притиска (3) у тунелу или каналу омогућава води да добије висину у односу на реку и самим тим да стекне потенцијалну енергију;
- закључавање електрана у великим рекама са релативно стрмом падином као што су Рајна или Рона, бране на реци или на каналу паралелно са реком изазивају низ декастричних водопада који не ремете долину у целини захваљујући насипима паралелно са реком. Хидроелектране постављене у подножју брана турбине воде реке. Пажљиво управљање водом ускладиштеном између две бране омогућава да се поред базног оптерећења обезбеди и врхунска енергија;
- језерске електране (или електране са високим главама) такође су повезане са резервоаром воде који је створила брана. Њихов велики резервоар (пражњење константе дуже од 200 сати) омогућава сезонско складиштење воде и модулацију производње електричне енергије : језерске електране се зову у сатима највеће потрошње и омогућавају реаговање на врхове. Има их много у Француској. Биљка се може налазити у подножју бране или много ниже. У овом случају вода се преноси кроз тунеле задужене за језеро до улаза у електрану.

Пумпане станице за пренос енергије имају два басена, горњи басен (нпр. језеро на великим висинама) и доњи басен (нпр. вештачки резервоар) између кога се смешта реверзибилни уређај који може да функционише као пумпа или турбина за хидраулични део и као мотор или алтернатор за електрични део.

Вода у горњем басену је турбина у периодима велике потражње за производњом електричне енергије. Затим , ова вода се испумпава из доњег басена у горњи басен у периодима када је енергија јефтина, и тако даље. Не сматра се да ове електране производе енергију из обновљивих извора с обзиром да троше струју да би донеле турбинску воду.
Ово су објекти за складиштење енергије.
Они често интервенишу на краткорочне интервенције на захтев мреже и као последње средство (после других хидроелектрана) на дуже интервенције, посебно због трошкова укидања воде. Ефикасност између произведене енергије и утрошене енергије је у редоследу од 70 до 80 одсто.
Операција је профитабилна када је разлика у ценама електричне енергије између вансечног периода (куповина нискобуџетне струје) и врхунских периода (продаја скупе електричне енергије) значајна.

Хидроелектране се чине од 2 главне целине :

- резервоар или унос воде (у случају претрчавање речних електрана) што омогућава стварање водопада, обично са складишним резервоаром тако да електрана настави са радом, чак и у периодима ниске воде.

- Ископани канал за диверзију може се користити за преусмеравање вишка воде која касније стиже у језерце бране. Изливање реке омогућава да поплаве прођу без опасности по грађевине;
електрана, која се назива и фабрика, која омогућава да се водопад користи за вожњу турбина, а затим за вожњу алтернатора.

Убедљиво најчешће су бране направљене од земаљског насипа или рипрапа добијених у каменоломима експлозијом. Хидроизолација је централна (глина или битуминозни бетон) или на узводној површини (цементни бетон или битуминозни бетон). Ова врста бране прилагођава се најразличитијим геологијама;
гравитационе бране изграђене прво у зидарство, затим у бетону и у скорије време у бетону сажете са БЦР ваљаком) што омогућава значајну уштеду у времену и новцу. Стена темеља мора бити доброг квалитета;
бетонске лучне бране прилагођене релативно уским долинама и чије су обале направљене од стена доброг квалитета. Суптилност њихових облика омогућава смањење количине бетона и изградњу економичних брана;
бране са више лукова и тврђава се више не граде. БЦР гравитационе бране их замењују.

Електране су опремљене турбинама које трансформишу енергију воде у механичку ротацију како би се возили алтернатори.

Врста турбине која се користи зависи од висине водопада :
- за веома ниске висине главе (1 до 30 метара), могу се користити сијалне турбине;
- за ниске падавине (5 до 50 метара) и високу брзину протока, пожељна је Капланова турбина : њена сечива су волан, што омогућава прилагођавање снаге турбине висини главе уз одржавање добре ефикасности;
- Френсисова турбина се користи за средње главе (40 до 600 метара) и средњи проток. Вода улази кроз периферију сечива и испушта се у њихов центар;
- Пелтон турбина је погодна за високе падове (200 до 1.800 метара) и низак проток. Добија воду под веома високим притиском преко убризгавача (динамичан утицај воде на кофу).

За мале хидроелектране, нискобуџетне (и мање ефикасне) турбине и једноставни концепти олакшавају уградњу малих јединица.

Исплативост и предвидљивост производње

Изградњу брана карактеришу инвестиције које су све веће висине пада и шире долине.
Ови капитални расходи се умногоме разликују у зависности од карактеристика развоја и помоћних трошкова везаних за социјална и еколошка ограничења, посебно трошкове експроприсаног земљишта.
Економске предности повезане са модулационим капацитетом производње електричне енергије чине ове инвестиције профитабилним јер је водни ресурс бесплатан, а трошкови одржавања смањени.

Хидроенергија омогућава задовољавање потреба прилагођавања производње електричне енергије, посебно складиштењем воде у великим резервоарима помоћу брана или насила.
Међутим , годишње осцилације у производњи хидроелектрана су значајне. Углавном су везане за падавине. Производња може да порасте за 15 одсто у годинама када су водени ресурси високи и смањени за 30 одсто у годинама велике суше.

Хидроенергија се понекад критикује због изазивања расељавања становништва, а реке и потоци су привилегована места за постављање стамбеног простора.
На пример, брана Три клисуре у Кини раселила је скоро два милиона људи. Због модификоване регулације воде, екосистеми узводно и низводно од брана могу бити поремећени (укључујући и миграцију водених врста) иако су инсталирани уређаји као што су рибљи путеви.

Мерење хидроелектране

Снага хидроелектране може се израчунати по следећој формули :

П = Q.ρ.Х.г.р

Са :

• П : моћ (изражено у W)
  


• П : просечан проток измерен у кубним метрима у секунди
  


• ρ : густина воде, него 1000 кг/m3
  


• Х : висина пада у метрима
  


• г : гравитациона константа, нпр. скоро 9,8 (м/s2)
  


• О : Ефикасност биљака (између 0,6 и 0,9)
  

Широм света :

хидроенергија је чинила скоро 15,8 одсто глобалне производње електричне енергије у 2018. години (са годишњом производњом од око 4.193 ТWх);
десетак земаља, укључујући четири у Европи, производи више од половине своје електричне енергије из хидроенергије. Норвешка води, а следе је Бразил, Колумбија, Исланд, Венецуела, Канада, Аустрија, Нови Зеланд и Швајцарска.