Він генерується за допомогою сили води, що рухається, як правило, зі струмків, річок або озер, для обертання турбін, які активують електричні генератори.
Ця енергія широко використовується в усьому світі для великомасштабної генерації електроенергії.

Водосховище (або водосховище) гідроелектростанції :
Ці установки обладнані греблею і водосховищем для зберігання води. Вода випускається з резервуара через затвори для обертання турбін і вироблення електроенергії. Водосховищні електростанції можуть бути великими за розміром і, як правило, мати велику ємність для зберігання води, що дозволяє їм регулювати виробництво електроенергії відповідно до попиту.

Річкові гідроелектростанції :
На відміну від водосховищних електростанцій, річкові електростанції не мають гребель або водосховищ. Вони просто використовують природний потік струмків або річок, щоб обертати турбіни та виробляти електроенергію. Ці установки, як правило, менші за розміром і залежать від гідрологічних умов для виробництва електроенергії.

Гідроакумулюючі гідроелектростанції :
Гідроакумулюючі електростанції призначені для накопичення енергії за допомогою двох резервуарів, верхнього і нижнього. У періоди низького попиту на електроенергію вода перекачується з нижнього резервуара у верхній резервуар для накопичення потенційної енергії. Коли попит на електроенергію високий, вода випускається з верхнього бака, щоб обертати турбіни та виробляти електроенергію.

Мікро-ГЕС :
Мікрогідроелектростанції – це невеликі гідроелектростанції, як правило, потужністю менше 100 кВт. Їх можна встановлювати на невеликих струмках або річках, часто для місцевих цілей, наприклад, для забезпечення електроенергією віддалених населених пунктів або промислових об'єктів.

Міні-ГЕС :
Міні-ГЕС мають дещо більшу генеруючу потужність, ніж мікроелектростанції, зазвичай до кількох мегават. Вони часто використовуються для живлення невеликих міст, промислових підприємств або віддалених сільських районів.

Самопливні електростанції використовують витрату води і різницю в рівнях. Їх можна класифікувати за потоком турбіни та висотою напору. Існує три типи самопливних електростанцій (перераховані тут в порядку важливості в гідроенергетичному комплексі) :

- Проточні електростанції використовують потік річки та забезпечують базове навантаження енергією, виробленою «потоком річки» та закачуваною безпосередньо в мережу. Вони вимагають простих розробок, які набагато дешевші, ніж електростанції вищої потужності : невеликі відвідні споруди, невеликі греблі, що використовуються для перенаправлення наявного потоку з річки на електростанцію, можливо, невелике водосховище, коли річковий стік занадто низький (спорожнення постійне(2) менше 2 годин). Зазвичай вони складаються з водозабору, тунелю або каналу, за якими слідує затвор і гідроелектростанція, розташована на березі річки. Низький перепад тиску (3) в тунелі або каналі дозволяє воді набирати висоту по відношенню до річки і, отже, набувати потенційної енергії;
- шлюзові електростанції у великих річках з відносно крутим схилом, таких як Рейн або Рона, греблі на річці або на каналі, паралельному річці, викликають серію декаметрових водоспадів, які не порушують долину в цілому завдяки дамбам, паралельним річці. Гідроелектростанції, розміщені біля підніжжя гребель, турбінно випускають воду річки. Ретельне управління водою, що зберігається між двома греблями, дозволяє забезпечувати пікову енергію на додаток до базового навантаження;
- Озерні електростанції (або електростанції з високим напором) також пов'язані з водосховищем, створеним греблею. Їх великий резервуар (постійна спустошення понад 200 годин) дозволяє сезонно накопичувати воду і модулювати виробництво електроенергії : озерні електростанції викликаються в години найбільшого споживання і дають можливість реагувати на піки. У Франції їх багато. Рослина може розташовуватися біля підніжжя греблі або набагато нижче. У цьому випадку вода передається через тунелі, що відповідають за озеро, до входу в електростанцію.

Насосні станції передачі енергії мають два басейни : верхній басейн (наприклад, високогірне озеро) і нижній басейн (наприклад, штучне водосховище), між якими розміщується реверсивний пристрій, який може функціонувати як насос або турбіна для гідравлічної частини і як двигун або генератор для електричної частини.

Вода у верхньому басейні турбінується в періоди високого попиту на виробництво електроенергії. Потім ця вода перекачується з нижнього басейну у верхній у періоди, коли енергія дешева і так далі. Вважається, що ці установки не виробляють енергію з відновлюваних джерел, оскільки вони споживають електроенергію для підняття турбінної води.
Це сховища енергії.
Вони часто втручаються для короткострокових втручань на прохання мережі та в крайньому випадку (після інших гідроелектростанцій) для більш тривалих втручань, зокрема через вартість води, яку потрібно підняти. ККД між виробленою енергією і спожитою енергією становить від 70% до 80%.
Операція вигідна, коли різниця в цінах на електроенергію між непіковими періодами (купівля дешевої електроенергії) та піковими періодами (продаж дорогої електроенергії) є значною.

Гідроелектростанції складаються з 2-х основних агрегатів :

- водосховище або водозабір (у випадку річкових електростанцій), що дозволяє створити водоспад, як правило, з накопичувальним баком, щоб електростанція продовжувала працювати, навіть у періоди маловоддя.

- Виритий відвідний канал може використовуватися для відведення зайвої води, що надходить збоку до ставка греблі. Водоскид дозволяє проходити розливів річки без небезпеки для споруд;
Електростанція, також звана заводською, дозволяє використовувати водоспад для приводу турбін, а потім для приводу генератора.

На сьогоднішній день найбільш частими є греблі з земляного насипу або рифи, отримані в кар'єрах шляхом вибухових робіт. Гідроізоляція буває центральною (глиняний або бітумний бетон) або верхньою поверхнею (цементобетон або бітумний бетон). Цей тип греблі адаптується до найрізноманітніших геологій;
гравітаційні греблі, побудовані спочатку в цегляній кладці, потім в бетоні і з недавніх пір в бетоні, ущільненому за допомогою катка BCR), що дозволяє значно економити час і гроші. Порода фундаменту повинна бути хорошої якості;
Бетонні арочні греблі пристосовані до відносно вузьких долин і береги яких складаються з гірських порід хорошої якості. Тонкість їх форм дозволяє зменшити кількість бетону і побудувати економічні дамби;
Багатоарочні та контрфорсні греблі більше не будуються. На зміну їм приходять гравітаційні греблі BCR.

Установки оснащені турбінами, які перетворюють енергію потоку води в механічне обертання з метою приводу генераторів змінного струму.

Тип використовуваної турбіни залежить від висоти водоспаду :
- для дуже малих висот напору (від 1 до 30 метрів) можна використовувати турбіни з лампочками;
- для низьких напірів (від 5 до 50 метрів) і високих швидкостей потоку перевага віддається турбіні Каплана : її лопаті керовані, що дає можливість регулювати потужність турбіни під висоту напору при збереженні хорошого ККД;
- турбіна Френсіса використовується для середніх напорів (від 40 до 600 метрів) і середнього потоку. Вода надходить через периферію лопатей і відводиться в їх центрі;
- турбіна Пелтона підходить для високих падінь (від 200 до 1800 метрів) і низького потоку. Він отримує воду під дуже високим тиском через інжектор (динамічний вплив води на відро).

Для малих гідроелектростанцій монтаж невеликих агрегатів полегшують недорогі (і менш ефективні) турбіни і прості концепції.

Економічність і передбачуваність виробництва

Будівництво гребель характеризується інвестиціями, які тим вище висота падіння і чим ширше долина.
Ці капітальні витрати сильно відрізняються залежно від особливостей забудови та допоміжних витрат, пов'язаних із соціальними та екологічними обмеженнями, зокрема вартості експропрійованої землі.
Економічні переваги, пов'язані з модулюючою здатністю виробництва електроенергії, дозволяють зробити ці інвестиції вигідними, оскільки водний ресурс є безкоштовним, а витрати на обслуговування знижуються.

Гідроенергетика дає можливість задовольнити потреби регулювання виробництва електроенергії, зокрема шляхом зберігання води у великих водосховищах за допомогою гребель або дамб.
Однак щорічні коливання виробництва гідроенергії є значними. В основному вони пов'язані з кількістю опадів. Виробництво може збільшитися на 15% у роки, коли водні ресурси високі, і зменшитися на 30% у роки великої посухи.

Гідроенергетику іноді критикують за те, що вона спричиняє переміщення населення, а річки та струмки є привілейованими місцями для створення житла.
Наприклад, гребля «Три ущелини» в Китаї призвела до переміщення майже двох мільйонів людей. У зв'язку зі зміною регулювання водних ресурсів, екосистеми вище і нижче за течією гребель можуть бути порушені (включаючи міграцію водних видів), хоча встановлені такі пристрої, як рибні шляхи.

Вимірювання потужності ГЕС

Потужність гідроелектростанції можна розрахувати за такою формулою :

P = Q.ρ.H.g.r

З :

• P : потужність (виражається у Вт)
  


• Q : середня витрата, виміряна в кубічних метрах в секунду
  


• ρ : густина води, тобто 1 000 кг/м3
  


• H : висота падіння в метрах
  


• g : постійна гравітації, тобто майже 9,8 (м/с2)
  


• Відповідь : ККД установки (від 0,6 до 0,9)
  

Всесвітній :

на гідроенергетику припадало майже 15,8% світового виробництва електроенергії у 2018 році (річне виробництво близько 4 193 ТВт·год);
десяток країн, у тому числі чотири в Європі, виробляють більше половини електроенергії за рахунок гідроенергетики. Лідирує Норвегія, за нею йдуть Бразилія, Колумбія, Ісландія, Венесуела, Канада, Австрія, Нова Зеландія та Швейцарія.