Vesivoima
Varhaisimmat todisteet vesipyöristä ja vesimyllyistä juontavat juurensa muinaisesta Lähi-Idästä 4. vuosisadalta eaa. ja nimenomaan Persian valtakunnan alueelta ennen vuotta 350 eaa. Irakin, Iranin ja Egyptin alueilta.
Roomalaisessa valtakunnassa Vitruvius kuvasi vesivoimalla toimivat myllyt jo ensimmäisellä vuosisadalla eaa. Barbegalin myllyssä oli kuusitoista vesipyörää, jotka käsittelivät jopa 28 tonnia viljaa päivässä. Roomalaisia vesipyöriä käytettiin myös marmorin sahaukseen, kuten 3. vuosisadan lopulla jKr. sijainnut Hierapolisin saha. Tällaisissa sahalaitoksissa oli vesipyörä, joka pyöritti kahta kampi- ja liitostankoa, jotka käyttivät kahta sahaa. Se esiintyy myös kahdessa 6. vuosisadan itäroomalaisessa sahalaitoksessa, jotka on kaivettu esiin Efesoksesta ja Gerasasta. Näiden roomalaisten vesimyllyjen kampi- ja yhdystankomekanismi muutti vesipyörän pyörimisliikkeen sahanterien lineaariseksi liikkeeksi.
Kiinassa jo Han-dynastian ajoilta (202 eaa. – 220 jKr.) peräisin olevien vesivoimalla toimivien laukaisuvasaroiden ja -puhaltimien käyttövoimana oletettiin olevan vesikauhat, mutta myöhemmät historioitsijat uskoivat niiden käyttövoimana olleen vesipyörät sillä perusteella, että vesiskauhoilla ei olisi ollut riittävää liikkeellepanevaa voimaa, joka olisi riittänyt käyttämään niiden masuunin puhaltimia. Han-ajan pystysuorista vesipyöristä on todisteita kahdessa aikalaisessa hautajaisastiamallissa, jotka esittävät vesivoimalla toimivia laukaisuvasaroita. Varhaisimmat laitetta kuvaavat tekstit ovat Jijiupian-sanakirja vuodelta 40 eKr., Yang Xiongin teksti, joka tunnetaan nimellä Fangyan vuodelta 15 eKr., sekä Huan Tanin noin vuonna 20 jKr. kirjoittama Xin Lun. Samoihin aikoihin insinööri Du Shi (n. 31 jKr.) sovelsi vesipyörän voimaa mäntä-puhaltimiin valuraudan takomisessa.
Vesisäiliöstä vapautuvan vesiaallon voimaa käytettiin metallimalmien louhintaan menetelmällä, joka tunnetaan nimellä hushing. Menetelmää käytettiin ensimmäisen kerran Dolaucothin kultakaivoksissa Walesissa vuodesta 75 jKr. alkaen, mutta se oli kehitetty Espanjassa esimerkiksi Las Médulasin kaivoksissa. Hushing-menetelmää käytettiin laajalti myös Britanniassa keskiajalla ja myöhemmin lyijy- ja tinamalmien louhintaan. Myöhemmin se kehittyi hydrauliseksi kaivostoiminnaksi, kun sitä käytettiin Kalifornian kultakuumeen aikana.
Muslimimaailmassa islamilaisen kultakauden ja arabien maatalousvallankumouksen aikana (8.-13. vuosisadalla) insinöörit hyödynsivät laajalti vesivoimaa sekä käyttivät jo varhain vuorovesivoimaa ja suuria hydraulisia tehdaskomplekseja. Islamilaisessa maailmassa käytettiin monenlaisia vesivoimalla toimivia teollisia myllyjä, muun muassa käärinmyllyjä, hiomamyllyjä, paperimyllyjä, kuorimyllyjä, sahamyllyjä, laivamyllyjä, leimamyllyjä, teräsmyllyjä, sokerimyllyjä ja vuorovesimyllyjä. Tällaisia teollisuusmyllyjä oli 1100-luvulle tultaessa käytössä kaikissa islamilaisen maailman maakunnissa Al-Andaluksesta ja Pohjois-Afrikasta Lähi-itään ja Keski-Aasiaan. Muslimi-insinöörit käyttivät myös vesiturbiineja, käyttivät hammaspyöriä vesimyllyissä ja vedennostokoneissa ja olivat edelläkävijöitä patojen käytössä vesivoiman lähteenä, jota käytettiin lisävoiman tuottamiseen vesimyllyihin ja vedennostokoneisiin.
Islamilainen koneenrakennusinsinööri Al-Jazari (1136-1206) kuvasi kirjassaan The Book of Knowledge of Genious Mechanical Devices (Kirja nerokkaiden mekaanisten laitteiden tuntemuksesta) piirustuksia 50 laitteelle, joista monet olivat vesivoimalla toimivia, mukaan luettuina kellot, laite viinin tarjoiluun ja viisi laitetta, joilla nostettiin vettä joesta tai lammikosta, joskin kolme niistä oli eläinkoneilla toimivia laitteita ja yhden voimanlähteenä oli joko eläin tai vesi. Näihin kuuluvat loputon hihna, johon on kiinnitetty kannuja, lehmäkäyttöinen varjostin ja edestakainen laite, jossa on saranoidut venttiilit.
Ranskalainen insinööri Bernard Forest de Bélidor julkaisi vuonna 1753 Architecture Hydraulique -kirjan, jossa kuvattiin pysty- ja vaaka-akselisia hydraulisia koneita. Teollisen vallankumouksen kasvava kysyntä vauhdittaisi myös kehitystä.
Hydrauliset energiaverkot käyttivät putkia paineistetun veden kuljettamiseen ja mekaanisen voiman siirtämiseen lähteestä loppukäyttäjille. Voimanlähteenä oli yleensä vesipinta, jota saattoi avustaa myös pumppu. Nämä olivat laajoja viktoriaanisen ajan kaupungeissa Yhdistyneessä kuningaskunnassa. Hydraulinen sähköverkko kehitettiin myös Genevessä, Sveitsissä. Maailmankuulu Jet d’Eau suunniteltiin alun perin verkon ylipaineventtiiliksi.
Teollisen vallankumouksen alkaessa Britanniassa vesi oli tärkein voimanlähde uusille keksinnöille, kuten Richard Arkwrightin vesikehälle. Vaikka vesivoiman käyttö väistyi höyryvoiman tieltä monissa suuremmissa myllyissä ja tehtaissa, vesivoimaa käytettiin edelleen 1700- ja 1800-luvuilla monissa pienemmissä toiminnoissa, kuten pienten masuunien palkeiden käyttämiseen (esim. Dyfin uunissa) ja hiomamyllyissä, kuten Saint Anthonyn putouksille rakennetuissa myllyissä, joissa hyödynnetään Mississippi-joen 15 metrin (50 jalan) pudotusta.
Yhdysvaltalaisen kanavanrakentamisen alkuhuipulla 1830-luvulla vesivoima tuotti energiaa proomuliikenteen kuljettamiseen jyrkkiä kukkuloita ylös- ja alaspäin kaltevia tasoratoja käyttäen. Kun rautatiet ohittivat kanavat kuljetuksissa, kanavajärjestelmiä muutettiin ja kehitettiin vesivoimajärjestelmiksi; Massachusettsin Lowellin historia on klassinen esimerkki kaupallisesta kehityksestä ja teollistumisesta, joka rakentui vesivoiman saatavuuden varaan.
Teknologinen kehitys oli siirtänyt avoimen vesipyörän koteloituun turbiiniin tai vesimoottoriin. Vuonna 1848 James B. Francis, joka työskenteli Lowellin Locks and Canals -yhtiön pääinsinöörinä, paransi näitä malleja ja loi turbiinin, jonka hyötysuhde oli 90 prosenttia. Hän sovelsi tieteellisiä periaatteita ja testausmenetelmiä turbiinien suunnitteluun. Hänen matemaattiset ja graafiset laskentamenetelmänsä mahdollistivat korkean hyötysuhteen turbiinien luotettavan suunnittelun siten, että ne vastaisivat tarkasti paikan erityisiä virtausolosuhteita. Francis-reaktioturbiini on edelleen laajassa käytössä. Lester Allan Pelton kehitti 1870-luvulla Kalifornian kaivosteollisuudessa tapahtuneen käytön pohjalta korkean hyötysuhteen omaavan Pelton-pyörän impulssiturbiinin, joka hyödynsi Kalifornian vuoristoiselle sisämaalle ominaisten korkeiden virtaamien vesivoimaa.