Energia Hidroeléctrica
As primeiras evidências de rodas de água e moinhos de água datam do antigo Oriente Próximo no século IV a.C., especificamente no Império Persa antes de 350 a.C., nas regiões do Iraque, Irã e Egito.
No Império Romano os moinhos movidos a água foram descritos por Vitruvius no primeiro século a.C. O moinho Barbegal tinha dezesseis rodas de água processando até 28 toneladas de grãos por dia. As rodas d’água romanas também eram usadas para serrar mármore, como a serraria Hierapolis do final do século III d.C. Tais serrarias tinham uma roda de água que movimentava duas varas de manivela e de ligação para alimentar duas serras. Também aparece em duas serrarias romanas do século VI, escavadas em Éfeso e Gerasa, respectivamente. A manivela e o mecanismo da biela destes moinhos romanos converteram o movimento rotativo da roda d’água no movimento linear das lâminas da serra.
Na China, foi teorizado que os seus martelos e foles movidos a água desde o início da dinastia Han (202 a.C. – 220 d.C.) eram alimentados por colheres de água, mas mais tarde os historiadores acreditavam que eram alimentados por colheres de água com base no facto de que as colheres de água não teriam tido a força motriz para operar os seus foles de alto-forno. Evidências das rodas d’água verticais Han podem ser vistas em dois modelos contemporâneos de funerárias que retratam martelos de viagem movidos a água. Os primeiros textos a descrever o dispositivo são o dicionário Jijiupiano de 40 aC, o texto de Yang Xiong conhecido como o Fangyan de 15 aC, bem como o Xin Lun escrito por Huan Tan cerca de 20 dC. Foi também durante este tempo que o engenheiro Du Shi (c. 31 d.C.) aplicou o poder das rodas d’água no fole de pistão na forja do ferro fundido.
O poder de uma onda de água liberada de um tanque foi usado para extração de minérios metálicos em um método conhecido como hushing. O método foi usado pela primeira vez nas Minas de Ouro Dolaucothi no País de Gales a partir de 75 d.C., mas tinha sido desenvolvido na Espanha, em minas como Las Médulas. O descasque também foi amplamente utilizado na Grã-Bretanha na época medieval e em períodos posteriores para extrair minérios de chumbo e estanho. Mais tarde evoluiu para mineração hidráulica quando usada durante a Corrida do Ouro na Califórnia.
No mundo muçulmano durante a Idade do Ouro Islâmica e a Revolução Agrícola Árabe (séculos 8-13), os engenheiros fizeram amplo uso da energia hidráulica, bem como os primeiros usos da energia das marés, e grandes complexos de fábricas hidráulicas. Uma variedade de moinhos industriais movidos a água era utilizada no mundo islâmico, incluindo moinhos de enchimento, moinhos de papel, cascos, serrarias, moinhos de navios, moinhos de selos, siderúrgicas, engenhos de açúcar e moinhos de maré. No século XI, todas as províncias do mundo islâmico tinham em funcionamento estas fábricas industriais, desde Al-Andalus e Norte de África até ao Médio Oriente e Ásia Central. Engenheiros muçulmanos também usavam turbinas hidráulicas, usavam engrenagens em moinhos de água e máquinas elevadoras de água, e foram pioneiros no uso de barragens como fonte de energia hidráulica, usadas para fornecer energia adicional a moinhos de água e máquinas elevadoras de água.
Islamic mechanical engineer Al-Jazari (1136-1206) descreveu projetos para 50 dispositivos, muitos deles movidos a água, em seu livro The Book of Knowledge of Ingenious Mechanical Devices, incluindo relógios, um dispositivo para servir vinho, e cinco dispositivos para levantar água de rios ou piscinas, embora três sejam movidos por animais e um possa ser movido por animais ou água. Estes incluem um cinto sem fim com jarros acoplados, um shadoof movido a vaca e um dispositivo alternativo com válvulas articuladas.
Em 1753, o engenheiro francês Bernard Forest de Bélidor publicou Architecture Hydraulique que descreveu as máquinas hidráulicas de eixo vertical e horizontal. A crescente demanda pela Revolução Industrial também impulsionaria o desenvolvimento.
Redes hidráulicas de energia utilizavam tubulações para transportar água pressurizada e transmitir energia mecânica da fonte para os usuários finais. A fonte de energia era normalmente uma cabeça de água, que também podia ser assistida por uma bomba. Estas eram extensas nas cidades vitorianas no Reino Unido. Uma rede de energia hidráulica também foi desenvolvida em Genebra, na Suíça. O mundialmente famoso Jet d’Eau foi originalmente projetado como a válvula de alívio de sobrepressão para a rede.
No início da Revolução Industrial na Grã-Bretanha, a água era a principal fonte de energia para novas invenções como a estrutura de água de Richard Arkwright. Embora o uso da água tenha dado lugar à energia do vapor em muitos dos maiores moinhos e fábricas, ela ainda foi utilizada durante os séculos 18 e 19 para muitas operações menores, como a condução do fole em pequenos altos-fornos (por exemplo o Forno Dyfi) e moinhos de granito, como os construídos nas Cataratas de Santo António, que utilizam a queda de 15 m no Rio Mississippi.
Nos anos 1830, no início da construção do canal nos EUA, a energia hidroeléctrica fornecia a energia para transportar o tráfego de barcaças para cima e para baixo, utilizando caminhos de ferro planos inclinados. Como as ferrovias ultrapassavam os canais para transporte, os sistemas de canais foram modificados e desenvolvidos em sistemas hidrelétricos; a história de Lowell, Massachusetts é um exemplo clássico de desenvolvimento comercial e industrialização, construída com base na disponibilidade de energia hidráulica.
Os avanços tecnológicos tinham movido a roda d’água aberta para uma turbina fechada ou motor hidráulico. Em 1848, James B. Francis, enquanto trabalhava como engenheiro chefe da empresa Lowell’s Locks and Canals, melhorou nestes projetos para criar uma turbina com 90% de eficiência. Ele aplicou princípios científicos e métodos de teste ao problema do projeto da turbina. Seus métodos de cálculo matemáticos e gráficos permitiram o projeto confiante de turbinas de alta eficiência para corresponder exatamente às condições específicas de fluxo de um local. A turbina de reação Francis ainda é muito utilizada hoje em dia. Na década de 1870, derivada de usos na indústria de mineração da Califórnia, Lester Allan Pelton desenvolveu a turbina de impulso de roda Pelton de alta eficiência, que utilizava a energia hidrelétrica dos fluxos de cabeça alta característicos do interior montanhoso da Califórnia.