mały|Tama Trzech Przełomów w Chinach – największa elektrownia wodna świata pod względem mocy zainstalowanej, czyli łącznej maksymalnej mocy generatorów Energetyka wodna, hydroenergetyka – dział energetyki zajmujący się wytwarzaniem energii elektrycznej z energii wody. Jest największym źródłem odnawialnej energii elektrycznej na świecie. W 2025 roku odpowiadała za około 14% globalnej produkcji energii elektrycznej, a instalacje hydroenergetyczne działały w ponad 150 krajach.
Znaczenie hydroenergetyki w systemie elektroenergetycznym zależy od rodzaju instalacji i sposobu jej pracy. Elektrownie z zaporą i zbiornikiem mogą pracować elastycznie: ich moc można szybko zwiększać lub zmniejszać, a zgromadzoną wodę wykorzystywać w okresach większego zapotrzebowania. Podczas eksploatacji elektrownia wodna nie spala paliwa ani nie wytwarza odpadów procesowych, lecz duże inwestycje zaporowe mogą silnie przekształcać doliny rzeczne, ekosystemy i sposób użytkowania gruntów.
W szerokim ujęciu energetyka wodna obejmuje zarówno wielkie zaporowe elektrownie systemowe, jak i małe instalacje przepływowe, elektrownie szczytowo-pompowe, elektrownie pływowe oraz odzysk energii w istniejących kanałach i rurociągach. W systemach elektroenergetycznych odgrywa podwójną rolę: zapewnia niskoemisyjną produkcję energii elektrycznej oraz regulację pracy sieci, szczególnie przy rosnącym udziale energetyki wiatrowej i fotowoltaiki.
Zasada działania mały|Schemat turbiny wodnej sprzężonej z generatorem W klasycznej elektrowni wodnej woda doprowadzana jest do turbiny wodnej, która zamienia energię strumienia na ruch obrotowy wału. Turbina napędza generator, a wytworzona energia trafia przez układ transformatorów do sieci elektroenergetycznej. Ilość energii, którą można uzyskać, zależy przede wszystkim od przepływu oraz od różnicy wysokości między poziomem dopływu a poziomem odpływu, zwanej spadem lub wysokością spadu.
Moc hydrauliczna jest w przybliżeniu proporcjonalna do przepływu i wysokości spadu. W zapisie technicznym można ją opisać wzorem gdzie oznacza sprawność układu, gęstość wody, przyspieszenie ziemskie, przepływ, a wysokość spadu. W praktycznych obliczeniach stosuje się spad netto, czyli spad pomniejszony o straty hydrauliczne w przewodach. Rzeczywista moc jest niższa od wartości teoretycznej między innymi wskutek tarcia oraz strat w turbinie i w generatorze.
W elektrowniach zaporowych woda płynie zwykle ze zbiornika przez przewód ciśnieniowy: rurociąg lub sztolnię doprowadzającą. W elektrowniach przepływowych zbiornik jest mały albo nie ma go wcale, więc produkcja zależy bezpośrednio od bieżącego przepływu rzeki. Instalacje szczytowo-pompowe są jedną z form magazynowania energii: przy nadwyżkach energii woda jest pompowana do zbiornika górnego, a przy wysokim zapotrzebowaniu spływa przez turbiny.
Dobór turbiny zależy od wysokości spadu, przepływu, sprawności i kosztu. Najczęściej stosowane typy różnią się przede wszystkim kształtem wirnika, kierunkiem przepływu wody i sposobem przekazywania energii.
+ Wybrane typy turbin wodnych Typ Wygląd i działanie Typowe warunki pracy Francisa Turbina reakcyjna z wirnikiem w spiralnej obudowie; woda napływa zwykle promieniowo i wypływa osiowo. Średnie i wysokie spady oraz umiarkowane przepływy. Kaplana Turbina śmigłowa o osiowym przepływie; ma wirnik przypominający śrubę napędową, wyposażony w nastawne łopatki i pracujący w przewodzie wodnym. Niskie spady i duże przepływy. Peltona Turbina akcyjna z kołem czerpakowym; strumień wody z dysz uderza w łyżkowate czerpaki na obwodzie wirnika. Bardzo wysokie spady i mniejsze przepływy.
Turbiny kinetyczne wykorzystują energię ruchu wody bez dużego piętrzenia, np. w kanałach, odpływach i nurtach rzecznych.
Typy instalacji mały|Schemat zaporowej elektrowni wodnej: A – zbiornik, B – maszynownia, C – turbina, D – generator, E – krata wlotowa, F – przewód doprowadzający, G – transformator, H – odpływ Podział elektrowni wodnych zależy od przyjętego kryterium: sposobu gromadzenia wody, roli w systemie elektroenergetycznym, wysokości spadu, mocy zainstalowanej albo pochodzenia energii wodnej. Te klasyfikacje nakładają się na siebie, dlatego ta sama elektrownia może być jednocześnie mała, przepływowa i niskospadowa.
+ Główne typy instalacji hydroenergetycznych Typ Charakterystyka Typowa rola Zaporowa ze zbiornikiem Wykorzystuje spiętrzenie wody za zaporą; może magazynować wodę na okresy od godzin do całych sezonów. Produkcja energii, regulacja mocy, rezerwa systemowa, często także retencja i ochrona przeciwpowodziowa. Przepływowa Pracuje na bieżącym przepływie rzeki; ma niewielką retencję albo nie ma jej wcale. Produkcja podstawowa zależna od warunków hydrologicznych. Szczytowo-pompowa Przenosi wodę między dwoma zbiornikami położonymi na różnych wysokościach. Magazynowanie energii i szybkie bilansowanie systemu. Pływowa Wykorzystuje regularne zmiany poziomu morza lub prądy pływowe. Produkcja przewidywalna, lecz możliwa tylko w sprzyjających lokalizacjach nadmorskich. Odzyskowa w istniejących przewodach i kanałach Odzyskuje energię wody płynącej przez istniejące rurociągi, tunele, kanały albo akwedukty; w literaturze anglojęzycznej takie instalacje określa się terminem . Mała produkcja lokalna bez budowy nowej zapory.
Ze względu na moc zainstalowaną wyróżnia się duże i małe elektrownie wodne, a wśród najmniejszych także instalacje mikro i piko. Granice nie są jednolite: w większości Europy mała elektrownia wodna ma do 10 MW, w Chinach do 25 MW, a w Indiach do 15 MW. W Polsce w praktyce małe elektrownie wodne zalicza się zwykle do instalacji o mocy do 5 MW, choć raport Najwyższej Izby Kontroli (NIK) przyjął na potrzeby kontroli, że obejmują one elektrownie od 1 do 10 MW.
Według sposobu pracy zbiornika elektrownie dzieli się też na przepływowe, dobowe, tygodniowe i sezonowe. Im większa pojemność zbiornika w stosunku do mocy turbin, tym większa możliwość przesuwania produkcji na godziny największego zapotrzebowania. Ze względu na wysokość spadu mówi się natomiast o elektrowniach niskiego, średniego i wysokiego spadu. Ma to znaczenie przede wszystkim dla doboru turbiny i kosztów budowli hydrotechnicznych.
Historia mały|Muzealna elektrownia wodna na Đetinji w Užicach, zbudowana w 1900 Energię wody wykorzystywano od starożytności do mielenia zboża, napędu młotów, tartaków i innych maszyn. Pod koniec XVIII wieku napęd wodny był jednym z ważnych źródeł energii rewolucji przemysłowej. Po skonstruowaniu w XIX wieku generatorów elektrycznych nadających się do praktycznego zastosowania możliwe stało się sprzężenie maszyn wodnych z produkcją energii elektrycznej.
W 1878 pierwszą na świecie instalację hydroenergetyczną uruchomił w Cragside w Anglii William Armstrong, zasilając nią pojedynczą lampę łukową. W 1881 w Niagara Falls w stanie Nowy Jork prądnica napędzana turbiną wodną w młynie zbożowym zasilała oświetlenie uliczne. Rok później, 30 września 1882, w Appleton w stanie Wisconsin uruchomiono elektrownię wodną z generatorem Thomasa Edisona o mocy około 12,5 kW – pierwszą w Ameryce Północnej, która zasilała jednocześnie odbiorców prywatnych i komercyjnych. W 1893 koło Redlands w Kalifornii rozpoczęła pracę elektrownia wodna Mill Creek No. 1 – pierwsza w Stanach Zjednoczonych, w której komercyjnie zastosowano generatory trójfazowego prądu przemiennego, pozwalającego przesyłać energię na większe odległości.
W XX wieku elektrownie wodne stawały się coraz większe, a ich budowę łączono z nawadnianiem, ochroną przeciwpowodziową, żeglugą i uprzemysłowieniem. Do symboli tej fazy należały Zapora Hoovera i Grand Coulee w Stanach Zjednoczonych. Według amerykańskiej Agencji Informacji Energetycznej (, EIA) Grand Coulee była największą elektrownią świata w latach 1949–1960, a po rozbudowie ponownie w latach 1979–1986. Pod koniec XX i na początku XXI wieku do największych elektrowni wodnych świata pod względem mocy zainstalowanej należały m.in. wenezuelska elektrownia Simóna Bolívara (Guri), Itaipú i Tama Trzech Przełomów, która ma moc zainstalowaną 22,5 GW.
Rozwój hydroenergetyki był szczególnie szybki tam, gdzie duże rzeki i obszary górskie sąsiadowały z przemysłem potrzebującym taniej energii. W wielu krajach zapory stały się także elementem polityki rozwoju regionalnego i kontroli zasobów wodnych. Od końca XX wieku nowe duże przedsięwzięcia częściej wywołują spory środowiskowe i społeczne, dlatego coraz większą część inwestycji stanowią modernizacje istniejących elektrowni, budowa elektrowni szczytowo-pompowych oraz wykorzystanie już istniejących piętrzeń.
Wykorzystanie na świecie mały|Produkcja energii elektrycznej z hydroenergetyki według kontynentów mały|upright=1.3|Mapa drzewiasta produkcji energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych według źródła i kraju w 2023; największy obszar odpowiada hydroenergetyce mały|upright=1.3|Udział hydroenergetyki w produkcji energii elektrycznej według państw w 2025 Hydroenergetyka pozostaje największym źródłem odnawialnej energii elektrycznej na świecie. Według Międzynarodowego Stowarzyszenia Hydroenergetyki (, IHA) w 2024 odpowiadała za 14,3% globalnej produkcji energii elektrycznej, a instalacje hydroenergetyczne działały w ponad 150 krajach. W tym samym roku przybyło 24,6 GW nowych mocy hydroenergetycznych: 16,2 GW w elektrowniach konwencjonalnych i 8,4 GW w elektrowniach szczytowo-pompowych, a produkcja hydroenergetyczna w Europie wyniosła 680 TWh. Organizacja analityczna Ember oszacowała, że w 2025 światowa produkcja hydroenergetyczna wyniosła 4437 TWh i wzrosła tylko o 3 TWh względem 2024. Jej udział w globalnej produkcji energii elektrycznej spadł przy tym do 14%. Według IHA światowa moc zainstalowana hydroenergetyki wzrosła w 2025 o 28 GW, w tym o rekordowe 11,7 GW w elektrowniach szczytowo-pompowych, których łączna moc na świecie przekroczyła 200 GW.
Największe przyrosty mocy hydroenergetycznych przypadają na Chiny. W 2024 odpowiadały one za 14,4 GW nowych mocy, w tym 7,75 GW w elektrowniach szczytowo-pompowych. W 2025 udział Chin w światowych przyrostach mocy przekraczał 40%, a w budowie znajdowały się elektrownie wodne o łącznej mocy ponad 300 GW, w tym 218 GW elektrowni szczytowo-pompowych. Duże znaczenie hydroenergetyka ma także w Brazylii, Kanadzie, Norwegii, Paragwaju, Wenezueli, Laosie i wielu krajach górskich lub zasobnych w wielkie rzeki.
W części państw energia wodna jest podstawą krajowego miksu elektroenergetycznego. Norwegia produkuje z niej zdecydowaną większość energii elektrycznej, a Paragwaj niemal całą produkcję opiera na hydroenergetyce i eksportuje znaczną część energii z Itaipú. W innych krajach, takich jak Stany Zjednoczone, Chiny czy Indie, hydroenergetyka jest ważna systemowo mimo niższego udziału procentowego, ponieważ zapewnia moc regulacyjną i magazynowanie.
Według danych Ember w 2025 największym producentem energii elektrycznej z hydroenergetyki były Chiny, natomiast wśród największych producentów najwyższy udział hydroenergetyki w krajowej produkcji energii elektrycznej miały Norwegia i Kolumbia.
+ Najwięksi producenci energii elektrycznej z hydroenergetyki w 2025 według Ember Państwo Produkcja [TWh] Udział hydroenergetyki w krajowej produkcji energii elektrycznej Chiny 1394,79 13,19% Brazylia 388,63 51,78% Kanada 344,74 52,84% Stany Zjednoczone 241,70 5,35% Rosja 199,73 16,74% Indie 177,97 8,55% Norwegia 144,78 90,01% Wietnam 102,35 33,02% Japonia 73,90 7,17% Szwecja 68,24 40,08% Kolumbia 62,50 69,17% Francja 59,41 10,42%
+ Największe elektrownie wodne świata pod względem mocy zainstalowanej Elektrownia Kraj Moc [MW] Tama Trzech Przełomów Chiny 22 500 Chiny 16 000 Itaipú Brazylia, Paragwaj 14 000 Chiny 13 860 Belo Monte Brazylia 11 233 Guri Wenezuela 10 200 Chiny 10 200
Polska mały|Zapora i elektrownia wodna na Jeziorze Solińskim