Jeszcze przed wynalezieniem maszyn elektrycznych i upowszechnieniem elektroenergetyki energię wodną powszechnie wykorzystywano do napędu młynów, foluszów, kuźni i innych zakładów przemysłowych. Woda służyła również do transportu rzecznego, a napęd wodny stosowano przy przemieszczaniu barek po pochylniach pomiędzy odcinkami kanałów na różnych poziomach. Obecnie energię wodną przetwarza się na energię elektryczną (hydroenergetyka), ale wciąż można ją wykorzystywać bezpośrednio, na przykład do napędzania kół wodnych.
Źródło energii wodnej ocenia się według dostępnej mocy, czyli energii uzyskiwanej w jednostce czasu. Przy wykorzystaniu wody spadającej z pewnej wysokości dostępna moc zależy od spadku hydraulicznego (wysokości, z jakiej spływa woda), przepływu (ilości wody spływającej w jednostce czasu) oraz zazwyczaj także od prędkości przepływu. W przypadku, gdy woda spływa ze zbiornika (jeziora lub spiętrzenia), spadek hydrauliczny to różnica poziomów pomiędzy lustrem wody w zbiorniku górnym a wylotem turbiny. Elektrownia wodna wykorzystuje energię uwalnianą podczas sterowanego spadku wody z ustalonej wysokości. Energia wyzwolona w określonym czasie t wynika z ilości spuszczanej w tym czasie wody.
E = mgh / :t
Gdzie:
E - energia potencjalna
m - masa
g - przyspieszenie
h - wysokość w polu grawitacyjnym
Pozyskiwanie energii z wody i przekształcanie jej na energię elektryczną odbywa się w elektrowniach wodnych. Zasada ich działania jest prosta – polega na spiętrzeniu wody za pomocą różnego rodzaju zapór. Tak spiętrzona woda znajduje ujście w postaci rur i z dużą prędkością trafia do turbiny, powodując obrót jej łopat. W ten sposób energia kinetyczna zamienia się na mechaniczną, która następnie trafia do generatora przekształcającego ją w energię elektryczną. Ostatnim etapem całego procesu produkcji energii jest przekazanie wytworzonego prądu do sieci elektroenergetycznej.
Istnieje kilka rodzajów elektrowni wodnych. Podział ten wynika nie tylko z zastosowanej technologii, ale przede wszystkim ze źródła energii. Energetykę wodną dzieli się na:
Elektrownie przepływowe – przetwarzają bezpośrednio w turbinach energię kinetyczną przepływającej w rzece wody. Ich moc zależy od ilości przepływającej wody. Nie posiadają zbiornika gromadzącego wodę.
Elektrownie regulacyjne (zbiornikowe) – wyrównują sezonowe różnice w ilości płynącej wody dzięki zastosowaniu zbiornika wodnego umieszczonego przed elektrownią. Mogą mieć charakter retencyjny, wyrównując poziom rzeki poniżej zapory.
Elektrownie szczytowo-pompowe – służą głównie do magazynowania energii elektrycznej wyprodukowanej w inny sposób. Elektrownia taka znajduje się pomiędzy dwoma zbiornikami wodnymi – górnym i dolnym. Umożliwiają one kumulowanie energii w okresie małego zapotrzebowania, przez pompowanie wody ze zbiornika dolnego do górnego (co powoduje stratę części energii). W okresie większego zapotrzebowania energia jest wyzwalana przez spuszczanie wody ze zbiornika górnego do dolnego, co napędza turbiny. Elektrownie te są skutecznymi akumulatorami o ogromnej pojemności.
Najbardziej znaną elektrownią w Polsce jest elektrownia w Solinie, natomiast największa znajduje się w Żarnowcu na Pomorzu. Na świecie największą i najbardziej efektowną elektrownią wodną jest Tama Trzech Przełomów na rzece Jangcy w Chinach. Jej budowa była ogromnym przedsięwzięciem, które wiązało się z wieloma zmianami – w obrębie społeczeństwa, klimatu oraz całej planety. Działania człowieka w energetyce wodnej nie pozostają bez echa i niosą zarówno negatywne, jak i pozytywne skutki.
Budowa elektrowni wodnych generuje wysokie koszty (mogące być nawet trzykrotnie wyższe niż koszty budowy zwykłych elektrowni), powoduje zamulanie rzek i utrudnia wędrówki ryb. Przede wszystkim jednak może prowadzić do powstawania osuwisk, zmian krajobrazu i konieczności wysiedlania ludności, a także generuje hałas towarzyszący pracom budowlanym.
Jednocześnie jednak wykorzystywanie energii wody nie powoduje zanieczyszczenia środowiska naturalnego spalinami ani płynami, a wytwarzanie w nich energii elektrycznej jest kilkukrotnie tańsze niż w przypadku tradycyjnych elektrowni. Ponadto elektrownie wodne mają większą sprawność niż elektrownie konwencjonalne, dzięki czemu efektywniej wytwarzają energię elektryczną. Nie zużywają one nieodnawialnych źródeł energii, które dzięki temu mogą być wykorzystywane dłużej. Dodatkowo mogą stanowić zabezpieczenie przeciwpowodziowe dzięki możliwości gromadzenia wody w odpowiednich zbiornikach retencyjnych.
