L'hydroélectricité est composée des barrages et de l'énergie de la mer. Cette dernière n'est pas du tout répendue aujourd'hui, et peut être donc considérée comme un projet d'avenir. On peut obtenir de l'électricité à partir des vagues (de la houle) ou des courants marins à l'aide d'hydroliennes, très similaires aux éoliennes.
Lorsque l'eau ruisselle d'une vallée, le barrage la stocke afin que l'eau s'accumule sous forme de lac artificiel. Le barrage hydroélectrique est donc une énergie renouvelable car il se sert d'une partie du cycle de l'eau qui est causée par le Soleil. Voir partie environnement. Dans ce schéma, on peut placer le barrage après le lac artificiel (voir image à droite). Le barrage crée une dénivellation qu'il utilise pour exploiter la force de la gravité lors de la chute de l'eau. Dans sa chute, l'eau fera tourner des turbines. La turbine est un dispositif rotatif destiné à utiliser la force d'un fluide dont le couple - effort en rotation appliqué à un axe - est transmis au moyen d'un arbre. Cet arbre est relié à un alternateur - générateur électrique - qui va convertir l'énergie mécanique en énergie cinétique. Dans un barrage hydroélectrique, on exploite donc l’énergie cinétique de l’eau. Comme cette énergie provient de la force de gravitation, la deuxième loi de Newton stipule que plus la chute d’eau aura une hauteur importante, plus l’énergie cinétique qu'elle dégagera sera grande. Cette énergie cinétique se manifeste donc par la vitesse et la force de l’eau. Dès que l’eau se trouve dans un lac artificiel elle possède une énergie potentielle. Lorsque l’eau commence à descendre dans le conduit, l’énergie potentielle se transforme en énergie cinétique. A la centrale, presque toute l’énergie potentielle s’est transformée en énergie cinétique. Une petite partie est perdue à cause des frottements entre l’eau et la conduite forcée. En effet, un barrage hydroélectrique est relié à une centrale. Dans cette centrale, on retrouve une génératrice reliée à la turbine, qui fera office de dynamo géante. On a étudié précédemment le fonctionnement d'une dynamo sur les éoliennes, ici, dans une génératrice normale, nous retrouvons la même dynamo qui est reliée à l’axe de la turbine. Donc, lorsque les pales se mettent en mouvement, l’axe de rotation des pales se met en mouvement, entraînant une rotation de l’aimant qui émet alors une certaine vitesse par rapport au fil de cuivre. La force électromotrice s'additionne le long du fil et un courant se met à circuler dans la bobine créant l'électricité. L'électricité ne pouvant être conservée, elle est directement acheminée par des lignes hautes tension et utilisée directement.
L'autre type d'énergie hydraulique est l'énergie de la mer. L'énergie des vagues utilisant la houle - mouvement ondulatoire de la surface de la mer formé par un champ de vent éloigné de la zone d'observation - présente de nombreuses contraintes qui ont contrarié les différents projets. L'énergie intéressante de la mer est donc l'énergie marémotrice, qui utilise la force des courants marins et plus précisément l'énergie des marées. Voir partie environnement.
L'appareil censé convertir l'énergie marémotrice en électricité est l'hydrolienne. Fonctionnant exactement sur le même principe que les éoliennes: la turbine ou l'hélice selon l'hydrolienne convertit l'énergie cinétique des marées en énergie mécanique qui sera transmise par l'arbre, d'axe horizontal ou vertical, à la dynamo; il y a donc ici 3 transformations d'énergies:
En effet, il existe plusieurs types d'hydroliennes fonctionnant sur le même principe, mais le rendement de chacune reste faible (voir partie électricité), d’où la création de "fermes" d'hydroliennes.
De plus, il existe également des usines marémotrices. Ce type de centrale hydroélectrique nécessite un site approprié (baie ou estuaire) où les amplitudes des marées sont importantes. Un barrage est établi en travers du site (baie ou estuaire) et un bassin est donc formé. L’usine marémotrice fonctionne ensuite sur le principe des vases communicants. Il faut savoir que l'usine marémotrice de la Rance en France fut la toute première usine marémotrice du monde. Elle a été inaugurée en 1966. A marée montante, le barrage est ouvert grâce à des vannes, il laisse passer la mer qui envahit le bassin de retenue. Le bassin se remplit jusqu’à atteindre son plus haut niveau et dès que la marée se prépare à redescendre, le barrage est fermé. A marée descendante, il faut attendre que le niveau de la mer ait suffisamment baissé. On laisse alors l’eau stockée dans le bassin se déverser dans la mer en entraînant des turbines hydroélectriques.
