Vízerőmű
A vízikerekek és vízimalmok legkorábbi bizonyítékai az ókori Közel-Keletről származnak a Kr. e. 4. századból, pontosabban a Perzsa Birodalomban Kr. e. 350 előtt, Irak, Irán és Egyiptom területén.
A Római Birodalomban a vízzel hajtott malmokat Vitruvius már az i. e. 1. században leírta. A Barbegal malom tizenhat vízikerékkel rendelkezett, amelyek naponta akár 28 tonna gabonát is feldolgoztak. A római vízikerekeket márvány fűrészelésére is használták, mint például a hierapolisi fűrészmalmot a Kr. u. 3. század végén. Az ilyen fűrészmalmok egy vízkerékkel rendelkeztek, amely két forgattyúval és összekötő rúddal hajtotta a két fűrészt. Szintén megjelenik két 6. századi kelet-római fűrészmalomban, amelyeket Efezusban és Geraszában tártak fel. Ezeknek a római vízimalmoknak a forgattyú- és összekötőrúd-mechanizmusa a vízkerék forgó mozgását alakította át a fűrészlapok lineáris mozgására.
Kínában már a Han-dinasztia (i. e. 202 – i. sz. 220) idejéből származó vízzel hajtott bukókalapácsok és fúvókák vízkanalakkal működtek, de a későbbi történészek úgy vélték, hogy vízkerékkel hajtották őket, arra hivatkozva, hogy a vízkanalaknak nem lett volna elég hajtóerejük a fúvókák működtetéséhez. A Han-kori függőleges vízikerekekre utaló bizonyítékok két korabeli temetkezési edénymodellben láthatók, amelyek vízzel hajtott bukókalapácsokat ábrázolnak. A legkorábbi szövegek, amelyek leírják az eszközt, a Kr. e. 40-ből származó Jijiupian szótár, Yang Xiong Kr. e. 15-ből származó, Fangyan néven ismert szövege, valamint a Huan Tan által Kr. u. 20 körül írt Xin Lun. Ugyancsak ebben az időben Du Shi mérnök (Kr. u. 31) alkalmazta a vízkerék erejét az öntöttvas kovácsolásánál a dugattyús fújtatókra.
A tartályból kiengedett vízhullám erejét a fémércek kitermelésére használták az úgynevezett csurgatás módszerével. A módszert először a walesi Dolaucothi aranybányákban alkalmazták Kr. u. 75-től, de már Spanyolországban is kifejlesztették, például Las Médulas bányáiban. A középkorban és később Nagy-Britanniában is széles körben alkalmazták az ólom- és ónércek kitermelésére. Később hidraulikus bányászattá fejlődött, amikor a kaliforniai aranyláz idején alkalmazták.
A muszlim világban az iszlám aranykor és az arab mezőgazdasági forradalom idején (8-13. század) a mérnökök széles körben használták a vízenergiát, valamint az árapályenergia korai felhasználását és a nagy hidraulikus gyárkomplexumokat. Az iszlám világban számos vízzel hajtott ipari malmot alkalmaztak, többek között töltőmalmokat, reszelőmalmokat, papírmalmokat, hántolómalmokat, fűrészmalmokat, hajómalmokat, bélyegzőmalmokat, acélmalmokat, cukormalmokat és árapálymalmokat. A 11. századra az iszlám világ minden tartományában működtek ilyen ipari malmok, Al-Andalúztól és Észak-Afrikától a Közel-Keleten át Közép-Ázsiáig. A muszlim mérnökök vízturbinákat is használtak, fogaskerekeket alkalmaztak a vízimalmokban és vízemelő gépekben, és úttörő szerepet játszottak a gátak vízerőforrásként való használatában, amelyeket a vízimalmok és vízemelő gépek további energiaellátására használtak.
Az iszlám gépészmérnök Al-Jazari (1136-1206) 50 eszköz terveit írta le A zseniális mechanikai eszközök tudásának könyve című könyvében, köztük órákat, egy bort felszolgáló eszközt és öt, folyókból vagy medencékből vizet emelő eszközt, bár három állati meghajtású, egy pedig állati vagy vízi meghajtású. Ezek közé tartozik egy végtelenített szalag, amelyhez korsókat erősítettek, egy tehénhajtású árnyékoló, valamint egy csuklós szelepekkel ellátott dugattyús szerkezet.
1753-ban Bernard Forest de Bélidor francia mérnök kiadta az Architecture Hydraulique című művét, amelyben függőleges és vízszintes tengelyű hidraulikus gépeket írt le. Az ipari forradalom növekvő igénye is ösztönözni fogja a fejlődést.
A hidraulikus energiahálózatok csöveket használtak a nyomás alatt álló víz szállítására és a mechanikus erő továbbítására a forrástól a végfelhasználókig. Az erőforrás általában egy vízfej volt, amelyet szivattyú is segíthetett. Ezek széles körben elterjedtek az Egyesült Királyság viktoriánus kori városaiban. A svájci Genfben is kifejlesztettek egy hidraulikus energiahálózatot. A világhírű Jet d’Eau-t eredetileg a hálózat túlnyomás-csökkentő szelepének tervezték.
Az ipari forradalom kezdetén Nagy-Britanniában a víz volt a fő energiaforrás az új találmányok, például Richard Arkwright víztartó kereke számára. Bár a vízenergia használata sok nagyobb malomban és gyárban átadta helyét a gőzenergiának, a 18. és 19. században még sok kisebb művelethez használták, például a fúvókák meghajtására a kis kohókban (pl. a Dyfi kemence) és a rostálómalmok, mint például a Saint Anthony Fallsnál épített malmok, amelyek a Mississippi folyó 15 méteres (50 láb) esését használják ki.
Az 1830-as években, az amerikai csatornaépítés korai csúcspontján a vízenergia biztosította az energiát az uszályforgalomnak a meredek hegyeken felfelé és lefelé történő szállításához, ferde síkvasutak segítségével. Ahogy a vasút megelőzte a csatornákat a szállításban, a csatornarendszereket átalakították és vízenergia-rendszerré fejlesztették; a massachusettsi Lowell története klasszikus példája a vízenergia elérhetőségére épülő kereskedelmi fejlődésnek és iparosodásnak.
A technológiai fejlődés a nyitott vízikereket zárt turbinává vagy vízimotorrá alakította át. 1848-ban James B. Francis, miközben a Lowell’s Locks and Canals vállalat főmérnökeként dolgozott, továbbfejlesztette ezeket a terveket, és egy 90%-os hatásfokú turbinát hozott létre. Tudományos alapelveket és vizsgálati módszereket alkalmazott a turbinatervezés problémájára. Matematikai és grafikus számítási módszerei lehetővé tették a nagy hatásfokú turbinák magabiztos tervezését, hogy pontosan megfeleljenek a helyszín egyedi áramlási viszonyainak. A Francis-reakcióturbinát ma is széles körben használják. Az 1870-es években Lester Allan Pelton a kaliforniai bányaiparban való felhasználásból kiindulva fejlesztette ki a nagy hatásfokú Pelton-kerék impulzusturbinát, amely a Kalifornia hegyvidéki belső területeire jellemző nagy vízhozamú vízfolyásokból származó vízenergiát hasznosította.