Hidroenergie
Cele mai vechi dovezi ale roților de apă și ale morilor de apă datează din Orientul Apropiat antic în secolul al IV-lea î.Hr. și, mai precis, în Imperiul Persan înainte de 350 î.Hr. în regiunile Irak, Iran și Egipt.
În Imperiul Roman, morile acționate de apă au fost descrise de Vitruvius în secolul I î.Hr. Moara Barbegal avea șaisprezece roți de apă care procesau până la 28 de tone de cereale pe zi. Roțile de apă romane au fost, de asemenea, folosite pentru tăierea marmurei, cum ar fi moara de fierăstrău de la Hierapolis de la sfârșitul secolului al III-lea d.Hr. Astfel de mori de fierăstrău aveau o roată hidraulică care acționa două bieluri cu manivelă pentru a acționa două fierăstraie. Aceasta apare, de asemenea, în două mori de fierăstrău romane orientale din secolul al VI-lea, excavate la Efes și, respectiv, la Gerasa. Mecanismul cu manivelă și tijă de legătură al acestor mori de apă romane a convertit mișcarea de rotație a roții hidraulice în mișcarea liniară a lamelor de ferăstrău.
În China, s-a teoretizat că ciocanele și burdufurile sale de declanșare acționate de apă încă din timpul dinastiei Han (202 î.Hr. – 220 d.Hr.) au fost acționate de cupe de apă, dar istoricii de mai târziu au crezut că au fost acționate de roți hidraulice pe baza faptului că cupele de apă nu ar fi avut forța motrice necesară pentru a acționa burdufurile lor de furnal. Dovezi ale roților hidraulice verticale Han pot fi văzute în două modele contemporane de obiecte funerare care prezintă ciocane de declanșare acționate de apă. Primele texte care descriu acest dispozitiv sunt dicționarul Jijiupian din 40 î.Hr., textul lui Yang Xiong, cunoscut sub numele de Fangyan din 15 î.Hr., precum și Xin Lun, scris de Huan Tan în jurul anului 20 d.Hr. Tot în această perioadă, inginerul Du Shi (c. 31 d.Hr.) a aplicat puterea roților hidraulice la burdufurile cu piston în forjarea fontei.
Puterea unui val de apă eliberat dintr-un rezervor a fost folosită pentru extragerea minereurilor metalice într-o metodă cunoscută sub numele de hushing. Metoda a fost folosită pentru prima dată la minele de aur Dolaucothi din Țara Galilor începând cu anul 75 d.Hr., dar fusese dezvoltată în Spania la mine precum Las Médulas. De asemenea, în Marea Britanie, în perioada medievală și în perioadele ulterioare, a fost folosită pe scară largă pentru extragerea minereurilor de plumb și de staniu. Mai târziu, a evoluat în minerit hidraulic atunci când a fost folosit în timpul Goanei după aur din California.
În lumea musulmană, în timpul Epocii de Aur islamice și al Revoluției agricole arabe (secolele VIII-XIII), inginerii au folosit pe scară largă energia hidroenergetică, precum și primele utilizări ale energiei mareelor și ale complexelor mari de fabrici hidraulice. O varietate de mori industriale acționate de apă au fost folosite în lumea islamică, inclusiv mori de batut, mori de măcinat, mori de hârtie, mori de scoarță, fabrici de cherestea, mori de nave, mori de ștampile, mori de oțel, mori de zahăr și mori de maree. Până în secolul al XI-lea, fiecare provincie din lumea islamică avea aceste mori industriale în funcțiune, din Al-Andalus și Africa de Nord până în Orientul Mijlociu și Asia Centrală. Inginerii musulmani au folosit, de asemenea, turbine de apă, au utilizat angrenaje în morile de apă și în mașinile de ridicat apa și au fost pionieri în utilizarea barajelor ca sursă de energie hidraulică, folosite pentru a furniza energie suplimentară la morile de apă și la mașinile de ridicat apa.
Inginerul mecanic islamic Al-Jazari (1136-1206) a descris proiecte pentru 50 de dispozitive, multe dintre ele acționate de apă, în cartea sa, Cartea cunoașterii dispozitivelor mecanice ingenioase, inclusiv ceasuri, un dispozitiv pentru a servi vinul și cinci dispozitive pentru a ridica apa din râuri sau bălți, deși trei sunt acționate de animale și unul poate fi acționat de animale sau de apă. Printre acestea se numără o curea fără sfârșit cu ulcioare atașate, un shadoof acționat de o vacă și un dispozitiv alternativ cu supape cu balamale.
În 1753, inginerul francez Bernard Forest de Bélidor a publicat Architecture Hydraulique, care descria mașinile hidraulice cu axă verticală și orizontală. Cererea tot mai mare pentru Revoluția Industrială avea să impulsioneze și ea dezvoltarea.
Rețelele de energie hidraulică foloseau conducte pentru a transporta apă sub presiune și a transmite puterea mecanică de la sursă la utilizatorii finali. Sursa de putere era în mod normal un cap de apă, care putea fi asistat și de o pompă. Acestea au fost extinse în orașele victoriene din Regatul Unit. O rețea de energie hidraulică a fost, de asemenea, dezvoltată în Geneva, Elveția. Celebrul Jet d’Eau, celebru în întreaga lume, a fost proiectat inițial ca supapă de suprapresiune pentru această rețea.
La începutul Revoluției Industriale din Marea Britanie, apa a fost principala sursă de energie pentru noile invenții, cum ar fi cadrul de apă al lui Richard Arkwright. Deși utilizarea energiei hidraulice a cedat locul energiei cu aburi în multe dintre marile mori și fabrici, aceasta a fost încă folosită în secolele al XVIII-lea și al XIX-lea pentru multe operațiuni mai mici, cum ar fi acționarea burdufurilor în micile furnale înalte (de ex. cuptorul Dyfi) și morile de grătar, cum ar fi cele construite la Saint Anthony Falls, care utilizează căderea de 50 de picioare (15 m) a râului Mississippi.
În anii 1830, la începutul perioadei de vârf a construcției de canale în SUA, energia hidroelectrică a furnizat energia necesară pentru a transporta traficul de barje în sus și în jos pe dealuri abrupte, folosind căi ferate cu plan înclinat. Pe măsură ce căile ferate au depășit canalele pentru transport, sistemele de canale au fost modificate și dezvoltate în sisteme hidroenergetice; istoria orașului Lowell, Massachusetts, este un exemplu clasic de dezvoltare comercială și industrializare, construite pe baza disponibilității energiei hidraulice.
Progresele tehnologice au mutat roata de apă deschisă într-o turbină închisă sau într-un motor hidraulic. În 1848, James B. Francis, în timp ce lucra ca inginer șef al companiei Locks and Canals din Lowell, a îmbunătățit aceste modele pentru a crea o turbină cu o eficiență de 90%. El a aplicat principii științifice și metode de testare la problema proiectării turbinei. Metodele sale de calcul matematic și grafic au permis proiectarea cu încredere a turbinelor cu randament ridicat pentru a se potrivi exact condițiilor specifice de curgere ale unui loc. Turbina cu reacție Francis este utilizată pe scară largă și în prezent. În anii 1870, pornind de la utilizările din industria minieră californiană, Lester Allan Pelton a dezvoltat turbina de impuls cu roată Pelton cu randament ridicat, care folosea energia hidroelectrică din cursurile de apă cu înălțime mare, caracteristice zonei muntoase din interiorul Californiei.
.