Гідроелектричним станції для вироблення електричної енергії використовують енергію падаючої води. Річкова вода через різницю рівнів безперервним потоком переміщається від витоку до гирла. Якщо побудувати таку споруду як гребля, яка перекриє рух води річки, то рівень води перед дамбою буде набагато більше ніж після неї.
Різниця між верхнім і нижнім рівнем (бьефом) називають напором, або ще можуть називати висотою падіння. Принцип роботи гідроелектростанції досить простий - на рівні нижнього б'єфу встановлюють турбіну і направляють на її лопатки потік води з верхнього б'єфу. Під дією сили падаючого водяного потоку турбіна почне обертатися, приводячи в рух ротор електричного генератора, з яким пов'язана механічно. Потужність гідроелектростанцій безпосередньо залежить від величини напору, а також від кількості води, яка пройде через всі турбіни гідроелектричної станції. Коефіцієнт корисної дії (ККД) гідроелектричних станцій значно вище теплових і становить близько 85%.
За характером споруджених споруд гідроелектростанції поділяють на:
- Пріплотінние - в них напір створюється греблею. Такі споруди будуються на рівнинних річках з невеликим напором. Це пов'язано з тим, що для отримання великого напору необхідно створювати водосховища, які затоплюють значні території;
- Дериваційні - значний напір тут створюється за рахунок дериваційних (обхідних) каналів. Гідроелектростанції такого типу споруджують на гірських річках, через великі ухилів, які створюють потрібний напір при відносно малій витраті води;
Великі гідроелектростанції не працюють ізольовано від інших електричних станцій. Найбільш часто застосовують роботу гідроелектростанцій паралельно з тепловими, тим самим створюючи оптимальний режим споживання палива ТЕС і гідроенергії ГЕС. Це процес полягає у наступному - взимку, коли рівень води в річках йде на спад і, відповідно, ГЕС не можуть працювати на повну потужність, тоді частина навантаження ГЕС бере на себе ТЕС, а влітку, коли рівень води в річках збільшується, ГЕС починають працювати на повну потужність, а ТЕС знижує виробок електричної енергії, знижуючи тим самим споживання органічного палива. Таким чином відбувається економія коштів на твердому паливі, що знижує вартість електричної енергії.
Гідроелектростанції мають ряд переваг над тепловими електростанціями, а саме:
- Процес вироблення електроенергії на гідроелектростанції набагато простіше, ніж на теплової;
- ККД гідроелектростанції значно вище ТЕС;
- Собівартість виробництва електроенергії на великих ГЕС приблизно в 5 разів нижче ніж на ТЕС порівнянної потужності. Це пояснюється дуже просто - на ГЕС немає необхідності підвезення органічного палива, а це мінус ціна за саме паливо і транспортування його. На ГЕС немає паливних пристроїв і служб, які необхідно для його обслуговування, що зменшує кількість обслуговуючого персоналу і витрати на запасні частини і технічне обслуговування.
Головним недоліком ГЕС є їх тривале споруди і дуже висока вартість.