Vattenkraft
De tidigaste beläggen för vattenhjul och vattenkvarnar går tillbaka till det forntida Främre Orienten på 400-talet f.Kr., närmare bestämt till perserriket före 350 f.Kr. i områdena Irak, Iran och Egypten.
I Romarriket beskrevs vattendrivna kvarnar av Vitruvius redan på det första århundradet före Kristus. Barbegals kvarn hade sexton vattenhjul som bearbetade upp till 28 ton spannmål per dag. Romerska vattenhjul användes också för att såga marmor, till exempel Hierapolis sågverk från slutet av 300-talet e.Kr. Sådana sågverk hade ett vattenhjul som drev två vevstakar för att driva två sågar. Det förekommer också i två östromerska sågverk från 600-talet som grävts ut i Efesos respektive Gerasa. Vev- och kopplingsstångsmekanismen i dessa romerska vattenkvarnar omvandlade vattenhjulets roterande rörelse till sågbladens linjära rörelse.
I Kina har man teoretiserat att dess vattendrivna snubbelhammare och bälgar från så tidigt som Han-dynastin (202 f.Kr. – 220 e.Kr.) drevs av vattenskopa, men senare historiker trodde att de drevs av vattenhjul med motiveringen att vattenskopa inte skulle ha haft den drivkraft som krävdes för att driva deras blästugnsbälgar. Bevis på vertikala vattenhjul från Han kan ses i två samtida modeller av begravningsporslin som föreställer vattendrivna tripphammare. De tidigaste texterna som beskriver anordningen är Jijiupian-ordboken från 40 f.Kr., Yang Xiongs text känd som Fangyan från 15 f.Kr. samt Xin Lun skriven av Huan Tan omkring 20 e.Kr. Det var också under denna tid som ingenjören Du Shi (ca 31 e.Kr.) använde kraften från vattenhjul till kolvbälgar för att smida gjutjärn.
Kraften från en våg av vatten som släpptes ut från en tank användes för utvinning av metallmalmer i en metod som kallas hushing. Metoden användes först vid Dolaucothi Gold Mines i Wales från 75 e.Kr. och framåt, men hade utvecklats i Spanien vid gruvor som Las Médulas. Hushing användes också flitigt i Storbritannien under medeltiden och senare perioder för att utvinna bly- och tennmalm. Det utvecklades senare till hydraulisk gruvdrift när det användes under Kaliforniens guldrusning.
I den muslimska världen under den islamiska guldåldern och den arabiska jordbruksrevolutionen (800-1300-talet) använde sig ingenjörer i stor utsträckning av vattenkraft samt tidig användning av tidvattenkraft och stora hydrauliska fabrikskomplex. En mängd olika vattendrivna industrikvarnar användes i den islamiska världen, bland annat fullbordskvarnar, grynkvarnar, papperskvarnar, skrovkvarnar, sågverk, fartygskvarnar, stämpelkvarnar, stålkvarnar, sockerkvarnar och tidvattenkvarnar. På 1000-talet hade alla provinser i den islamiska världen dessa industriella kvarnar i drift, från Al-Andalus och Nordafrika till Mellanöstern och Centralasien. Muslimska ingenjörer använde också vattenturbiner, använde kugghjul i vattenkvarnar och vattenupptagningsmaskiner och var pionjärer när det gällde användningen av dammar som en källa till vattenkraft, som användes för att ge ytterligare kraft till vattenkvarnar och vattenupptagningsmaskiner.
Den islamiska mekaniska ingenjören Al-Jazari (1136-1206) beskrev konstruktioner för 50 anordningar, varav många var vattendrivna, i sin bok The Book of Knowledge of Ingenious Mechanical Devices, inklusive klockor, en anordning för att servera vin och fem anordningar för att lyfta upp vatten från floder eller bassänger, även om tre av dem är djurdrivna och en kan drivas med hjälp av djur eller vatten. Dessa inkluderar ett ändlöst band med kopplade kannor, en ko-driven shadoof och en fram- och återgående anordning med gångjärnsventiler.
1753 publicerade den franske ingenjören Bernard Forest de Bélidor Architecture Hydraulique där han beskrev hydrauliska maskiner med vertikal och horisontell axel. Den växande efterfrågan under den industriella revolutionen skulle också driva på utvecklingen.
Hydrauliska kraftnätverk använde rör för att transportera trycksatt vatten och överföra mekanisk kraft från källan till slutanvändare. Kraftkällan var normalt en vattenhöjd, som också kunde assisteras av en pump. Dessa var omfattande i viktorianska städer i Storbritannien. Ett hydrauliskt kraftnät utvecklades också i Genève i Schweiz. Den världsberömda Jet d’Eau utformades ursprungligen som en övertrycksavlastningsventil för nätverket.
I början av den industriella revolutionen i Storbritannien var vatten den viktigaste kraftkällan för nya uppfinningar som Richard Arkwrights vattenram. Även om användningen av vattenkraft gav vika för ångkraft i många av de större kvarnarna och fabrikerna användes den fortfarande under 1700- och 1800-talen för många mindre operationer, t.ex. för att driva bälgarna i små masugnar (t.ex. Dyfi Furnace) och griskvarnar, t.ex. de som byggdes vid Saint Anthony Falls, som utnyttjar det 15 meter höga fallet i Mississippifloden.
Under 1830-talet, under den tidiga höjdpunkten för kanalbygget i USA, tillhandahöll vattenkraften energi för att transportera pråmtrafiken upp och ner för branta kullar med hjälp av järnvägar med lutande plan. När järnvägarna tog över kanalerna för transport modifierades och utvecklades kanalsystemen till vattenkraftsystem; historien om Lowell i Massachusetts är ett klassiskt exempel på kommersiell utveckling och industrialisering som byggde på tillgången till vattenkraft.
De tekniska framstegen hade förflyttat det öppna vattenhjulet till en innesluten turbin eller vattenmotor. År 1848 förbättrade James B. Francis, medan han arbetade som chefsingenjör för Lowells Locks and Canals company, dessa konstruktioner och skapade en turbin med 90 % effektivitet. Han tillämpade vetenskapliga principer och testmetoder på problemet med turbinkonstruktion. Hans matematiska och grafiska beräkningsmetoder gjorde det möjligt att med säkerhet utforma högeffektiva turbiner som exakt motsvarade de specifika flödesförhållandena på en plats. Francis-reaktionsturbinen används fortfarande flitigt i dag. På 1870-talet utvecklade Lester Allan Pelton, med utgångspunkt i användningsområden inom den kaliforniska gruvindustrin, den högeffektiva impulsturbinen med Peltonhjul, som utnyttjade vattenkraft från de vattendrag med hög fallhöjd som är karakteristiska för Kaliforniens bergiga inland.