thumb|Hooverdammen som demmer opp Coloradoelven, ligger på grensen mellom delstatene Arizona og Nevada sørvest i USA. Den kunstige innsjøen heter Lake Mead. På bildet sees de to fløyene av kraftstasjonen på hver side nedenfor demningen. thumb|Generatorhallen i kraftverket ved Hooverdammen.
Vannkraft som begrep omfatter all bruk av strømmende vann, fortrinnsvis i elver og fosser, til mekanisk arbeid på stedet eller oftest omformet til elektrisitet. I begge tilfelle innebærer det at man utnytter det energipotensiale som vann innehar i en høyde over havet på grunn av jordklodens gravitasjonskraft. Vannkraft forutsetter at strømmende vann ledes mot et vannhjul eller en vannturbin. Ofte blir vannet i en elv eller et vassdrag samlet opp og magasinert ved oppdemming, dermed kan produksjonen gjøres uavhengig av vannstrømningen i øyeblikket. Anlegg som omsetter vannfall til energi, kalles vannkraftverk. Energiproduksjon ved vannkraft utnytter den del av vannets kretsløp som har å gjøre med vann på landjorden (som innsjøer, breer, grunnvann, elver), og er dermed en evigvarende energikilde. Vannkraft har det laveste klimagassutslippet, den høyeste virkningsgraden og den lengste levetiden av alle teknikker for kraftproduksjon.
Fallenergi transformeres til roterende kinetisk energi via et hjul med skovler, enten det er en kvernkall, et vannhjul eller en moderne vannturbin. Den roterende akslingen kan koples til tekniske innretninger som kverner, møller, sager (opprinnelig oppgangssag og senere sirkelsag), stampemøller med mere. Moderne bruk omfatter praktisk talt kun tilknyting til en elektrisk generator.
Mekanisk utnyttelse av vannkraft innebærer at energien må utnyttes på stedet eller innen umiddelbar nærhet av vannfallet, mens elektrisk energi kan transporteres via kraftlinjer over store avstander. Før denne muligheten for transmisjon av energi over lange avstander kom, ble vannkraft i enkelte tilfeller overført over større avstander via trykkluft eller trykkrørledninger der såkalte vannmotorer ble benyttet.
Verdens totale elektriske energiproduksjon fra vannkraft utgjorde i 2014 ca 16,6 %, eller 3875 TWh, og i tiden 1965-2010 var den årlige økningen på 2,5 %. I Norge er en meget stor del av den elektriske kraftproduksjonen fra vannkraft (98 %), men det finnes land i verden med inntil 100 % av sin elektrisitetsproduksjon fra vannkraft.Hydropower Roadmap - www.iea.org, 2012
Selv om vannkraft er en evigvarende energikilde som praktisk talt ikke gir forurensning, kan vannkraft føre med seg miljøulemper av forskjellig art og omfang. Bortsett fra å gi skjemmende inngrep i vassdraget (store konstruksjoner som demninger, redusert vannføring eller helt tørrlagte elver, reguleringssoner i dammer, massedeponier, veier, etc.) kan fiske, dyre- og planteliv påvirkes, landområder settes under vann og samt andre negative konsekvenser. En viss risiko er også tilknyttet brudd på dammer eller rør, og ødeleggelser som dette kan gi.
Vannkraftutbygging kan også gi fordeler ved at flom kan unngås eller reduseres.
Historie thumb|Vannhjul til oppgangssagbruk fra Tørvikbygd. Den første utnyttelsen av vannkraft var ved vannhjul som ble drevet rundt av kraften i det rennende vannet, enten ved såkalt undervann eller overvann, det siste utnyttet gjerne et mindre vannfall. En aksel koblet til vannhjulet drev så en mølle eller vannhjulet løftet vann fra elven over i en irrigasjonskanal. Andre tidlige utnyttelser av vannkraft var til sagbruk og som vannpumper i gruver hvor sinnrike mekaniske innretninger kunne overføre den mekaniske energien over begrensede områder. Eksempler på tidlig industri basert på vannkraft fant man langs Akerselven i 1800-tallets Christiania og i gruvene på Kongsberg og Røros.
Med oppfinnelsen av den elektromagnetiske generatoren i 1831 ble det mulig å omdanne den mekaniske energien i vannkraften til elektrisk energi som kunne overføres over noe lengre avstander. Men på grunn av store tap ved overføring over større avstander var det inntil 1950-tallet vanlig å plassere den kraftkrevende bedriften nær kraftkilden, som f.eks. i Rjukan og Sauda.
Verdens vannkraftproduksjon og potensial I verden ble det i 2015 produsert rundt 3 875 TWh fra vannkraft, noe som utgjorde 16,6 % av den totale elektriske energiproduksjonen. Til sammenligning utgjorde elektrisk produksjon fra kjernekraft 12,8 %, mens produksjon fra andre fornybare energikilder (som vind, sol, geotermisk) utgjorde 3,6 %. Tabellen viser de største produksjonslandene og tall for enten 2013 eller 2014, med angivelse av både total årsproduksjon (TWh), vannkraftens produksjonsandel (%), installert anleggseffekt (GW), og endelig landets teoretiske og tekniske potensial (TWh).
+ Vannkraftproduksjon og kapasitet 2013-2014. Arjun Kannan et al., «Hydro Power», New Delhi 2003, Scribd, dokument nummer 080244. Hydro in Europe - Eurolectric, 2011. Key World Statistics 2015 , data for 2013 - IEA, 2015. Energy Balaces of Non-OECD Countries 2015, data for 2013 - IEA, 2015. Energy Balaces of OECD Countries 2015, data for 2013 - IEA, 2015. Statistics - Electricity & Heat , data for 2013 - IEA, 2015. Country Profiles With 2014 Data og 2015 Hydropower Status Report , data for 2014 - International Hydropower Association, 2015. Kontinent/Utvalgte stater Flagg Årsproduksjonvannkraft(TWh, 2014) Andel avelektrisitet (2013) Installert effekt (GW, 2014) Teoretisk potensial (TWh, 2009) Teknisk potensial (TWh, 2009) Teknisk potensial (GW, 2009) Afrika 119 29 10 118 1 147 283 Mosambik 17 98,0 % 2 Egypt 13 7,7 % 3 Zambia 13 99,8 % 2 DR Kongo 9 98,0 % 2 Etiopia 8 97,0 % 2 Sudan 8 80,9 % 2 Ghana 8 67,5 % 2 Asia 1 775 585 20 486 7 681 2 037 Kina 1 064 16,9 % 302 India 142 11,9 % 49 Japan 85 8,1 % 49 Vietnam 53 45,0 % 14 35 Tyrkia 40 24,7 % 24 216 Pakistan 31 31,9 % 7 Indonesia 17 7,9 % 4 Tadsjikistan 17 100,0 % 5 Iran 15 5,6 % 10 Nord-Korea 14 65,0 % 5 Kirgisistan 13 93,0 % 3 Thailand 13 5 Laos 12 4 Russland 183 17,3 % 52 Europa 633 227 4 360 1 021 338 Norge 130 98,0 % 31 206 Frankrike 67 13,2 % 25 95 Sverige 66 44,1 % 17 130 Italia 55 18,9 % 22 58 Østerrike 46 58,0 % 13 55 Spania 41 14,5 % 19 60 Sveits 40 56,9 % 16 42 Tyskland 29 4,5 % 11 30 Ukraina 11 7 Nord-Amerika 620 43,0 % 192 6 150 1 659 388 Canada 392 60,1 % 78 USA 290Oppgitt til 328 TWh i 2010. 6,7 % 102 Mexico 32 11,0 % 12 53 Latin-Amerika 850 155 5 670 2 856 608 Brasil 393 68,6 % 89 260 Venezuela 80 65,0 % 15 Paraguay 59 99,0 % 9 46 Colombia 52 68,5 % 11 96 Argentina 30 22,0 % 10 40 Peru 24 53,0 % 3 59 Chile 21 26,9 % Ecuador 12 47,5 % Costa Rica 7 67,5 % 2 66 Oseania 44 15 1 500 185 67 New Zealand 23 53,2 % 6 Australia 20 5,2 % 9 VERDEN 3 874 16,6 % 1 036 48 284 14 576 OECD 1 476 13,6 % 470
Følgende land med høy andel fra vannkraft er Albania, DR Kongo, Mosambik, Nepal, Paraguay, Tadsjikistan og Zambia, som alle kommer nær 100 % av elektrisk energiproduksjon fra vannkraft. Andre land med et stort bidrag er Brasil, Etiopia, Georgia, Kirgisistan og Namibia, der mer enn 80 % av elektrisk energiproduksjonen kommer fra vannkraft. Det er 35 land i verden som produserer mer enn halvparten av sin elektrisitetsproduksjon fra vannkraft. Produksjonskapasiteten (total installert effekt) for vannkraft i verden økte med gjennomsnittlig 2,5 % per år fra 1965 til slutten av 2010.
Andelen av vannkraft i Norge fra elektrisitetsproduksjon, - er på godt over 95 % av produsert elektrisk energi. Det fører til at Norge er blant landene i verden med størst andel av elektrisitetsproduksjon fra vannkraft.
Statnett har systemansvaret for sentralnettet, som det eier en stor del av.
Norge har 17 utenlandsforbindelser for kraft, inkludert fire utenlandskabler til Danmark, én til Nederland (Norned), én til Tyskland (Nordlink) og én til Storbritannia (North Sea Link).
Den første større ledningsforbindelsen med det svenske sentralnettet ble satt i drift fra Sør-Trøndelag i 1960, og var basert på en spesiell avtale mellom landene.
De ulike regionenes, og vassdragenes vannkraftpotensial betegner hvor mye kraftproduksjon man kunne tenkes å hente ut ved «full» utbygging. Dette kan beregnes matematisk som teoretisk potensial, det vil si største tenkelige produsert mengde vannkraft utfra vassdragenes vannmengder og fallhøyder, i tråd med fysikkens lover (se nedenfor). Mer interessant er vannkraftens tekniske potensial, det vil si den potensielle produksjonen når man også tar hensyn til ingeniørmessige begrensninger, begrensninger i plasseringen av produksjonsanleggene, begrensninger i nedbørsmengder, osv. Endelig er det mulig å beregne vannkraftens økonomiske potensial, som også tar hensyn til geologiske, miljømessige, og markedsmessige begrensninger.Arjun Kannan et al., «Hydro Power», New Delhi 2003, Scribd, dokument nummer 080244. UNDP anslo på 2000-tallet at teoretisk potensial var 40 500 TWh, mens teknisk potensial var 14 500 TWh og økonomisk potensial minst 8 100 TWh. Total faktisk årsproduksjon i år 2000 var på 2 675 TWh elektrisk kraft på verdensbasis, mens produksjonen i 2013 var økt til 3 874 TWh.Key World Statistics 2015 - IEA, 2015.
Metoder for vassdragsregulering for kraftproduksjon Utnyttelse for størst mulig kraftproduksjon thumb|Stilisert fremstilling av et elvekraftverk. Til venstre er dammen (Reservoir) med inntak (Intake) og rør (Penstock). I midten er selve kraftsatasjonen (Powerhouse) som er en del av demningen med turbin og generator. Vannet ledes ut fra turbinen og tilbake til vassdraget (River)
thumb|Rørgate ned til Tyssedal kraftanlegg. Vannstrømmen (slukeevnen) i rørene og den vertikale høyde mellom turbin og vannspeilet i inntaksdammen (fallhøyde) bestemmer ytelsen til turbinene. Kraftstasjonen var i drift fra 1908 til 1989 og ble fredet etter Kulturminneloven i år 2000.
Formelen for elektrisk effekt i et vannkraftverk er:
der: P er effekt [W]. η virkningsgrad i turbin og generator. Denne vil typisk være 0,90 - 0,95 for turbin og for generator 0,97. ρ tettheten av vann 1000 kg/m3. Q slukeevne eller vanngjennomstrømning pr tidsenhet [m3/s]. g massens akselerasjon 9,81 m/s2. h netto fallhøyde [m]. Det vil si at trykkfallet i turbinrør eller tilløpstunnel må subtraheres.
Eller årlig energiproduksjon:
Der V er samlet vannvolum pr. år [m3] og de andre faktorene de samme som i uttrykket over.
Av dette ser en at det blir vesentlig for en kraftregulering å både få nyttiggjort en så stor vannmengde som mulig og samtidig stor fallhøyde. Kraftutbyggeren er derfor interessert i å få tilgang til mest mulig av det aktuelle nedbørfeltet. Jo lenger ned i vassdraget inntaksmagasinet plasseres desto større vannmengde og vanngjennomstrømning (slukeevne) kan oppnås. Lavt plasserte inntaktsmagasin gir imidlertid liten fallhøyde. Motsatt vil en kraftstasjon plassert ved havnivå og inntak plassert høyt oppe i vassdraget gi stor fallhøyde, men liten vannmengde. Best mulig utnyttelse av et vassdrag til kraftproduksjon må balansere disse to størrelsene. En løsning kan være å plassere flere kraftverk etter hverandre langs vassdraget. Ofte vil det være en kompleks og komplisert teknisk/økonomisk optimalisering bak valg av plassering av damer, overføringstunnel og kraftstasjoner i et vassdrag. Vannføringen i elvene er enten målt eller beregnet flere steder, topologien kartlagt og kostnadene for hvert enkelt tiltak beregnet, og ut fra dette kan mange alternative vannkraftutbygginger beregnes. Rentenivå, fremtidig energipris og avdragstid vil også være parametre for denne analysen. Inntektene av prosjektet sier noe om samfunnsnytten, og denne skal igjen veies opp mot ulempene.