Det genereras genom att använda kraften från rörligt vatten, vanligtvis från bäckar, floder eller sjöar, för att snurra turbiner som aktiverar elektriska generatorer.
Denna energi används i stor utsträckning runt om i världen för storskalig kraftproduktion.

Vattenkraftverk med reservoarer (eller uppdämning) :
Dessa anläggningar är utrustade med en damm och en reservoar för att lagra vatten. Vatten släpps ut från reservoaren genom tilloppstuber för att driva turbinerna och generera elektricitet. Reservoarkraftverk kan vara stora i storlek och har vanligtvis en stor vattenlagringskapacitet, vilket gör att de kan reglera elproduktionen efter efterfrågan.

Vattenkraftverk som drivs med strömström :
Till skillnad från reservoarkraftverk har strömkraftverk inga dammar eller reservoarer. De utnyttjar helt enkelt det naturliga flödet i bäckar eller floder för att driva turbiner och generera elektricitet. Dessa anläggningar är i allmänhet mindre i storlek och beroende av hydrologiska förhållanden för sin elproduktion.

Pumpkraftverk för vattenkraft :
Pumpkraftverk är konstruerade för att lagra energi med hjälp av två tankar, en övre tank och en nedre tank. Under perioder med lågt elbehov pumpas vatten från den nedre reservoaren till den övre reservoaren för att lagra potentiell energi. När efterfrågan på el är hög släpps vatten ut från den övre tanken för att snurra turbinerna och generera elektricitet.

Mikrovattenkraftverk :
Mikrovattenkraftverk är små vattenkraftverk som i allmänhet har en kapacitet på mindre än 100 kW. De kan installeras i små bäckar eller floder, ofta för lokala ändamål, som att leverera el till avlägsna samhällen eller industriområden.

Mini-hydro-anläggningar :
Minivattenkraftverk har en något högre produktionskapacitet än mikrokraftverk, vanligtvis upp till några megawatt. De används ofta för att driva små städer, industrier eller avlägsna landsbygdsområden.

Gravitationsmatade kraftverk drar nytta av vattenflödet och en nivåskillnad. De kan klassificeras efter turbinflödet och deras fallhöjd. Det finns tre typer av gravitationsmatade kraftverk (listade här i prioritetsordning i vattenkraftmixen) :

- Kraftverk som drivs med strömavlopp använder flödet i en flod och tillhandahåller baslastenergi som produceras "strömvis" och matas in direkt i nätet. De kräver enkla projekt som är mycket billigare än kraftverk med högre bränsle : små avledningsstrukturer, små dammar som används för att avleda det tillgängliga flödet från floden till kraftverket, eventuellt en liten reservoar när flodflödet är för lågt (tömningskonstant(2) mindre än 2 timmar). De består vanligtvis av ett vattenintag, en tunnel eller en kanal, följt av en tilloppstuber och ett vattenkraftverk som ligger på flodstranden. Det låga tryckfallet(3) i tunneln eller kanalen gör det möjligt för vattnet att få höjd i förhållande till floden och därmed få potentiell energi.
- Låskraftverk i stora floder med en relativt brant sluttning som Rhen eller Rhône, dammar på floden eller på en kanal parallellt med floden orsakar en serie dekametriska vattenfall som inte stör dalen som helhet tack vare vallar parallellt med floden. Vattenkraftverken som är placerade vid foten av dammarna stimulerar vattnet i floden. Noggrann hantering av det vatten som lagras mellan två dammar gör det möjligt att tillhandahålla toppenergi utöver basbelastningen.
- Sjökraftverk (eller kraftverk med hög fallhöjd) är också förknippade med en vattenreservoar som skapas av en damm. Deras stora reservoar (tömningskonstant på mer än 200 timmar) möjliggör säsongslagring av vatten och modulering av elproduktionen : sjökraftverk kallas under de timmar då förbrukningen är som störst och gör det möjligt att reagera på toppar. Det finns många av dem i Frankrike. Anläggningen kan placeras vid foten av dammen eller mycket lägre. I detta fall leds vattnet genom tunnlar som ansvarar för sjön till kraftverkets ingång.

Pumpkraftverk har två bassänger, en övre bassäng (t.ex. en sjö på hög höjd) och en nedre bassäng (t.ex. en konstgjord reservoar) mellan vilka det finns en reversibel anordning som kan fungera som en pump eller turbin för den hydrauliska delen och som en motor eller generator för den elektriska delen.

Vattnet i den övre bassängen turbineras under perioder med hög efterfrågan för att producera el. Sedan pumpas detta vatten från den nedre bassängen till den övre bassängen under perioder då energin är billig, och så vidare. Dessa anläggningar anses inte producera energi från förnybara källor eftersom de förbrukar el för att få upp turbinvatten.
Dessa är energilagringsanläggningar.
De ingriper ofta för kortvariga ingrepp på begäran av nätet och som en sista utväg (efter andra vattenkraftverk) vid längre ingrepp, särskilt på grund av kostnaden för det vatten som ska lyftas. Verkningsgraden mellan den producerade energin och den energi som förbrukas är i storleksordningen 70 % till 80 %.
Verksamheten är lönsam när skillnaden i elpriser mellan lågtrafik (köp av billig el) och högsäsong (försäljning av dyr el) är betydande.

Vattenkraftverk består av 2 huvudenheter :

- En reservoar eller ett vattenintag (när det gäller strömkraftverk) som gör det möjligt att skapa ett vattenfall, vanligtvis med en lagringstank så att kraftverket kan fortsätta att fungera, även under perioder med låg vattennivå.

- En grävd avledningskanal kan användas för att avleda överskottsvatten som kommer i sidled till en dammdamm. Ett utskov gör det möjligt för flodens översvämningar att passera utan fara för strukturerna;
Kraftverket, även kallat fabrik, som gör att vattenfallet kan användas för att driva turbinerna och sedan för att driva en generator.

De överlägset vanligaste är dammar av jordvallar eller riprap som erhålls i stenbrott genom sprängning. Tätskiktet är centralt (lera eller bituminös betong) eller på uppströmsytan (cementbetong eller bituminös betong). Denna typ av damm anpassar sig till en mängd olika geologier;
gravitationsdammar byggda först i murverk, sedan i betong och på senare tid i betong komprimerade med en BCR-vält) vilket möjliggör betydande besparingar i tid och pengar. Grundstenen måste vara av god kvalitet;
De välvda betongdammarna anpassade till relativt smala dalgångar och vars stränder är gjorda av sten av god kvalitet. De subtila formerna gör det möjligt att minska mängden betong och bygga ekonomiska dammar;
Dammarna med flera valv och strävpelare byggs inte längre. BCR-gravitationsdammar ersätter dem.

Anläggningarna är utrustade med turbiner som omvandlar energin i vattenflödet till en mekanisk rotation för att driva generatorer.

Vilken typ av turbin som används beror på vattenfallets höjd :
- För mycket låga fallhöjder (1 till 30 meter) kan bulbturbiner användas.
- För låga fallhöjder (5 till 50 meter) och höga flödeshastigheter är Kaplan-turbinen att föredra : dess blad är styrbara, vilket gör det möjligt att justera turbinens effekt till huvudhöjden med bibehållen god effektivitet;
- Francisturbinen används för medelstora fallhöjder (40 till 600 meter) och medelhögt flöde. Vatten kommer in genom bladens periferi och släpps ut i deras centrum;
- Peltonturbinen är lämplig för höga fall (200 till 1 800 meter) och lågt flöde. Den tar emot vatten under mycket högt tryck via en injektor (vattnets dynamiska inverkan på skopan).

För små vattenkraftverk underlättar billiga (och mindre effektiva) turbiner och enkla koncept installationen av små enheter.

Produktionens kostnadseffektivitet och förutsägbarhet

Byggandet av dammar kännetecknas av investeringar som är desto högre fallhöjd och ju bredare dalen är.
Dessa kapitalutgifter skiljer sig mycket åt beroende på exploateringens egenskaper och de tillhörande kostnaderna i samband med sociala och miljömässiga begränsningar, särskilt kostnaden för den exproprierade marken.
De ekonomiska fördelarna kopplade till elproduktionens moduleringskapacitet gör det möjligt att göra dessa investeringar lönsamma eftersom vattenresursen är gratis och underhållskostnaderna minskar.

Vattenkraften gör det möjligt att tillgodose behoven av att anpassa elproduktionen, särskilt genom att lagra vatten i stora magasin med hjälp av dammar eller vallar.
De årliga fluktuationerna i vattenkraftsproduktionen är dock betydande. De är främst relaterade till nederbörd. Produktionen kan öka med 15 % under år med stora vattenresurser och minska med 30 % under år med stor torka.

Vattenkraft kritiseras ibland för att orsaka befolkningsförflyttningar, och floder och bäckar är privilegierade platser för att bygga bostäder.
Till exempel har De tre ravinernas damm i Kina tvingat nästan två miljoner människor på flykt. På grund av ändrad vattenreglering kan ekosystem uppströms och nedströms dammar störas (inklusive vandring av vattenlevande arter) även om anordningar som fiskvägar installeras.

Mätning av vattenkraft

Effekten hos ett vattenkraftverk kan beräknas med följande formel :

P = Q.ρ.H.g.r

Med :

• P : effekt (uttryckt i W)
  


• Q : genomsnittligt flöde mätt i kubikmeter per sekund
  


• ρ : vattnets densitet, dvs. 1 000 kg/m3
  


• H : fallhöjd i meter
  


• g : Gravitationskonstant, dvs nästan 9,8 (m/s2)
  


• A : Anläggningens verkningsgrad (mellan 0,6 och 0,9)
  

Över hela världen :

Vattenkraft stod för nästan 15,8 % av den globala elproduktionen 2018 (med en årlig produktion på cirka 4 193 TWh).
Ett dussintal länder, varav fyra i Europa, producerar mer än hälften av sin el från vattenkraft. Norge leder vägen, följt av Brasilien, Colombia, Island, Venezuela, Kanada, Österrike, Nya Zeeland och Schweiz.