mini|desno|300px|Vodeničko kolo gdje voda teče ispod drvenog kotača. desno|300px|mini|Hidroelektrana Jaruga jedna je od najstarijih hidroelektrana u svijetu. Sagrađena je ispod slapa Skradinskog buka na rijeci Krki. mini|desno|300px|Brana Plimne hidroelektrane La Rance. mini|desno|300px|Pogled na branu Hidroelektrane Tri klanca u rujnu 2009. mini|desno|300px|Preljev brane Itaipu u radu. mini|desno|300px|Dva od tri zglobna plutajuća prigušnika Pelamis P-750, koji su primjer korištenja energije valova. Hidroenergija, hidraulička energija ili energija vode, je snaga dobivena iz sile ili energije tekuće vodene mase, koja se može upotrijebiti u čovjeku korisne svrhe. Prije nego što je komercijalna električna energija postala široko dostupna, energija vode se koristila za navodnjavanje i pogon raznih strojeva, poput vodenica, strojeva u tekstilnoj industriji, pilana, lučkih dizalica ili dizala. Od početka 20. stoljeća, termin se koristi većinom u spoju s modernim razvojem hidroelektrične energije, što je omogućilo korištenje udaljenih izvora energije.
Druga metoda je koristila kompresor, koji bi komprimirao zrak pomoću mlaza vode, a čija bi se energija zatim mogla koristiti za pogon strojeva udaljenih od vode. Hidroenergija je obnovljivi izvor energije. Energija vode se očituje u hidrologiji, kao snaga vode u riječnom koritu. Kada rijeka nabuja, ona je tada najsnažnija i pomiče najveću količinu sedimenta.
Povijest
Vodenice i mlinovi Energija vode se koristi već stotinama godina. U Indiji su se gradile vodenice i vodeni mlinovi, u Rimskom Carstvu energija vode se koristila za pogon mlinova koji su proizvodili brašno od žita; koristila se i za piljenje drva i oblikovanje kamena. Snaga vodenog vala ispuštenog iz spremnika koristila se za izdvajanje metalne rude u starom rudarskom procesu. Taj se proces široko koristio u Britaniji, u Srednjem vijeku te kasnije. Koristio se za dobivanje olova i kositra, a kasnije se iz njega razvilo hidraulično rudarenje koje je bilo u upotrebi tijekom kalifornijske potjere za zlatom.
U Kini i ostatku Dalekog istoka zahvaljujući energiji vode koristile su se crpke zasnovane na principu kotača sa spremnicima za podizanje vode u kanale za navodnjavanje. Tijekom 1830-ih godina, na vrhuncu perioda izgradnje kanala, energija vode se koristila za prijevoz teglenica uz, kao i niz strme padine pomoću tračnica s nakošenom ravninom. Izravni prijenos snage zahtijevao je da djelatnosti koje su koristile energiju vode budu smještene blizu vodopada. Primjerice, tijekom druge polovice 19. stoljeća izgrađeni su mnogi mlinovi za žito kraj slapova Sv. Antuna (Saint Anthony), koji su koristili 15-metarski vodopad do rijeke Mississippi. Ti su mlinovi doprinijeli razvoju Minneapolisa.
Hidrauličke cijevi Sustavi hidrauličkih mreža također su postojali. Sastojali su se od cijevi u kojima se nalazila tekućina pod tlakom, koja bi prenosila energiju od izvora, primjerice crpke, do krajnjih korisnika. Ovakve su mreže bile vrlo raširene u viktorijanskim gradovima Ujedinjenog Kraljevstva.
Komprimirani zrak pomoću hidroenergije Gdje se nalazi puno vode može se generirati komprimirani zrak izravno, bez pokretnih dijelova. U tim izvedbama, padajući stupac vode namjerno je pomiješan s mjehurićima zraka koji su nastali turbulencijom na višim razinama usisa. Ta smjesa pada niz cijev u duboku podzemnu komoru gdje je turbulencija manja te se mjehurići zraka odvajaju i isplovljavaju na površinu. Visina vodenog stupca sprječava komprimiranom zraka da pobjegne iz komore, dok izlaz, koji se nalazi ispod razine vode dopušta vodi da se vraća na površinu na nižoj razini od usisa. Objekt na ovom principu izgrađen je na rijeci Montreal u blizini Cobalta, u državi Ontario u 1910. i isporučuje 5000 konjskih snaga do obližnjih rudnika.
Utjecaj u prirodi U hidrologiji se energija vode manifestira kroz djelovanje sile na korito i obale rijeka zbog kretanja vode. Ta je pojava posebno izražena u slučaju visokog vodostaja ili poplave. Snaga vode djeluje na korito i obale rijeke, odnoseći s njih talog i ostale materijale, što uzrokuje eroziju i ostale promjene u riječnom toku.
Suvremena upotreba Trenutno je u upotrebi ili razvoju više oblika korištenja energije vode. Neki oblici su isključivo mehanički, no većina je okrenuta pretvorbi energije vode u električnu energiju. Među širim područjima su: Vodenice, koje se koriste već stoljećima za pogon mlinova i ostalih strojeva; Električna energija dobivena iz vode; što se uobičajeno odnosi na vodene brane ili postave uz rijeke (npr. vodenice čiji se pogon temelji na hidraulici); Energija vodenih tokova, koja se dobiva iz energije gibanja (kinetičke energije) rijeka, potoka i oceana; Vrtložna energija, koja se dobiva iz vrtloga; Energija plime i oseke; Energija dobivena iz protoka uzrokovanih plimnim mijenama; Energija valova; Osmotska energija, odnosno energija gradijenta saliniteta, pomoću koje se energija dobiva iz razlike u koncentraciji soli između morske i riječne vode; Energija morskih struja; Energija dobivena iz razlike temperature oceana na različitim dubinama.
Energija vodenih tokova (hidroenergija) je danas izvor 715 000 MW, odnosno 19% električne energije proizvedene u svijetu. Velike brane se još uvijek projektiraju. Trenutno najveća hidroelektrana na svijetu, Hidroelektrana Tri klanca, izgrađena je u Kini, na najduljoj svjetskoj rijeci, rijeci Yangtze. Osim u nekolicini zemalja koje imaju energije vode dovoljno za pokrivanje većine potreba za električnom energijom, hidroelektrane uobičajeno pokrivaju vršne potrebe za električnom energijom zahvaljujući mogućnosti brzog upuštanja u pogon. Također, hidropotencijal se može koristiti kao veliki spremnik jeftine energije ako se pri suvišnoj proizvodnji hidrogenerator koristi kao pumpa (reverzibilne hidroelektrane).
Hidroenergija u osnovi ne stvara emisiju ugljikovog dioksida CO2 ni ostale štetne tvari, za razliku od izgaranja fosilnih goriva, te stoga nije značajni čimbenik globalnog zatopljenja zbog štetnih emisija CO2. Energija dobivena iz hidroelektrana može biti znatno jeftinija od energije dobivene iz fosilnih goriva ili nuklearne energije. Područja s obiljem hidropotencijala privlače indrustriju. No, pretjerana briga za okoliš može biti prepreka razvoju hidroenergetike.
Glavna prednost hidroelektrana je njhova sposobnost da pokriju sezonsku i dnevnu vršnu potražnju za električnom energijom. Kada se smanji potražnja, brana jednostavno pohranjuje više vode, koja onda daje snažniji tok. Neke hidrocentrale koriste brane za pohranu viška energije (često tijekom noći) tako da hidrogenerator koriste kao pumpu koja vodu vraća u akumulaciju. Električna se energija može opet generirati u slučaju porasta potražnje. U praksi se korištenje spremljene vode komplicira zbog potreba za navodnjavanjem, koje se mogu javiti istovremeno kad i vršna električna opterećenja. Ne zahtijevaju sve hidroelektrane branu: neke koriste protok samo dijela toka rijeke, što je karakteristika manjih hidroelektrana. Primjer tehnologije u razvoju je tehnologija temeljena Gorlovljevoj helikoidnoj turbini.
Energija plime i oseke
Iskorištavanje energije plime i oseke u zaljevu ili estuariju postoji u Francuskoj (od 1966.), u Kanadi i Rusiji, a moglo bi se proširiti i na ostale lokacije gdje je velika promjena razine mora u vrijeme plime i oseke. "Zarobljena" voda propušta se kroz plimnu branu u oba smjera i pokreće turbine. Ovakvi sustavi efikasno generiraju električnu energiju u kratkim ciklusima svakih 6 sati (prilikom svake mijene). Ovo ograničava primjenu energije plime i oseke: ova je energija vrlo predvidljiva, no ne može zadovoljiti brzo mijenjajuće potrebe.
Energija strujanja plime i oseke
Riječ je o relativno novoj tehnologiji koja energiju crpi iz strujanja vode koje se stvara pri morskim mijenama. Princip rada je sličan onome kod vjetrogeneratora. Što je veća gustoća vode, generator može proizvesti veću snagu. Ova je tehnologija u ranom stadiju razvoja i zahtijeva još istraživanja prije nego postane značajniji sudionik u opskrbi električnom energijom, no neki prototipi već daju obećavajuće rezultate.
Energija morskih valova
Iskorištavanje površinskih oceanskih valova daje znatno više energije od plimnih kretanja. U Škotskoj i Ujedinjenom Kraljevstvu istražena ja izvedivost toga. Generatori su pričvršćeni na plutajuće platforme, a prolaskom vode kroz šuplje betonske konstrukcije proizvode električnu energiju. Brojne tehničke teškoće usporile su napredak.
Prototip generatora iz energije valova konstruira se u Port Kembla u Australiji i očekuje se da bi mogao proizvesti energiju od 500 MWh godišnje. Pretvarač energije valova konstruiran je u lipnju 2005. i početni su rezultati nadmašili očekivanja za vrijeme valova male energije. Energija vala obuhvaća se pomoću generatora pogonjenog zrakom i pretvara u električnu. Za države s dugačkom obalom izloženom snažnijim valovima, energija valova omogućuje generiranje električne energije dovoljne za potrebe opskrbe.
Vrste hidroelektrana koje koriste hidroenergiju Konvencionalne hidroelektrane, koje se odnose na hidroelektrane brana. Direktna hidroelektrana, koji pretvara kinetičku energiju rijeke ili potoka bez korištenja brana. Male hidroelektrane od 10 megavata ili manje, a često nemaju akumulacijsko jezero Mikro hidroelektrane daju nekoliko kilovata do par stotina kilovata do izoliranih domova, sela, ili manjih industrija Cjevovodne hidroelektrane koriste vodu koja je prethodno preusmjerena za korištenje negdje drugdje (npr. u sustavu odvodnje) Reverzibilna hidroelektrana sprema vodu koja je crpljena u razdoblju slabe potražnje koja će se kasnije prilikom velike potražnje pustiti u vodovod.
Male hidroelektrane Male hidroelektrane sve se češće koriste kao alternativni izvor energije, posebno u udaljenim područjima gdje ostali izvori energije nisu dostupni. Male hidroelektrane mogu se instalirati na malim rijekama ili potocima uz mali ili zanemariv utjecaj na okolišne pojave poput migracije riba. Većina malih hidroelektrana ne koristi branu ni veće preusmjeravanje toka rijeke, nego je zasnovana na vodenicama.
Prilikom postavljanja male hidroelektrane potrebno je uzeti u obzir neke okolnosti. Primjerice, količinu vode koja je stalno dostupna, jer nedovoljno kiše može ugroziti rad elektrane. Zatim pad, odnosno visinsku razliku zahvata i ispusta vode. Uz veći pad može se dobiti veća električna snaga. Također, postoji potreba za usklađivanjem s propisima i zakonima o zaštiti voda.
U posljednjih nekoliko godina, američka vlada značajnije podupire alternativne izvore energije. Za male hidroelektrane dostupne su mnoge povlastice (dotacije, krediti, porezne olakšice).
U siromašnijim područjima, mnoge udaljene sredine nemaju električnu energiju. Male hidroelektrane, snage ispod 100 kW, omogućuju takvim sredinama stvaranje električne energije. Ovaj oblik proizvodnje energije podupiru razne organizacije, poput Practical Action iz UK-a. Male hidroelektrane mogu se koristiti i za izravni pogon osovina strojeva za mnoge industrijske primjene. Za potrebe kućanstava češće se koristi generator ili reverzirani elektromotor koji je, uz manju korisnost, vrlo dostupno i jeftino rješenje.
Resursi u Republici Hrvatskoj
mini|desno|300px|HE Kraljevac ima ukupno 4 tlačna cjevovoda. Nazivna snaga svih hidroelektrana u Republici Hrvatskoj 2008. godine iznosila je 2097 MW, što je 55% ukupne snage svih elektrana na području Republike Hrvatske.
Hidroelektrane su proizvele 4357 GWh električne energije u 2007. godini, a 5277 GWh u 2008., što čini približno 25%, odnosno 29% električne energije preuzete u elektroenergetski sustav Republike Hrvatske.
Povijesni pregled razvoja hidroelektrana u Republici Hrvatskoj 1895. prva hidroelektrana izgrađena na Skradinskom buku na rijeci Krki, današnja HE Jaruga (pad 10 m, 1 vodna turbina, jednofazni generator 300 kVA); 1904. izgrađena nova HE Jaruga snage 5,4 MW;