Глава IV
е дивата хидравлична мощност (в W);
H - надморската височина на най-високата точка на земята (в м);
g - ускорението на гравитацията (в m/s 2);
r - плътността на водата (в kg/m 3);
Q (h) - кумулативният поток на височина h на всички сухоземни реки (в m 3/s).
Изминаха малко повече от две хиляди години, откакто хората започнаха да използват тази дива енергия. Това беше преди всичко благодарение на лопатките или колелата с кофи, които задвижваха мелници, дъскорезници и хобита, чиято мощност не надвишаваше няколко киловата. В началото на миналия век, с въвеждането на турбината, мощностите се увеличиха значително, но произведената енергия в механична форма все още трябваше да се използва на място. Едва в началото на този век трансформацията в електрическа енергия, транспортируема на голямо разстояние, на механичната енергия, произведена от турбините, трябва да даде огромен тласък за експлоатацията на това, което се нарича бял въглен (Cavailles, 1929).
Днес в световен мащаб малко под 10% от енергията на дивата вода всъщност се възстановява под формата на работа и/или електричество. Постиженията варират от малки водноелектрически централи (микроелектроцентрали с мощност от няколко kw), към които нарастването на енергийните разходи наскоро даде нов интерес (Monition, Le Nir and Roux, 1981; Cuinat and Roussel, 1981) до гигантските разработки на Grand Coule в САЩ, Братск в СССР или Джеймс Бей в Квебек, разработки, чиято инсталирана мощност се измерва в милиони kw и чието производство се измерва в милиарди kwh (1 киловат час е работата, извършена от източник на енергия от 1 киловат за 1 час или 3600 килоджаула). Производството на хидравлично електричество зависи от хидравличността, т.е. в крайна сметка от количеството на валежите. За да се даде ред на величината, във Франция тя е била 60 000 Gwh през 1975 г. (1 Gigawatt час е равен на 1 милион киловатчас) и 48 000 Gwh през 1976 г., при среден див потенциал от около 270 000 Gwh. Това производство представлява средно 400 милиарда кубически метра турбини годишно, т.е. повече от два пъти поток (De Beauregard, 1970).
Хидроелектрическата инсталация дава възможност да се възстанови в механична форма, след това в електрическа форма, част от енергията, която обикновено се разсейва между две точки, висока точка и ниска точка на водотока. Възстановимата енергия между високата и долната точка е пропорционална на произведението от тяхната разлика във височината H (падане) от потока на река Q. Схематично такава инсталация включва:
Водосборна структура нагоре по веригата. Тази структура обикновено дава възможност за издигане на водното тяло и често изпълнява функция за съхранение (язовир);
Водоснабдяване, при което падането на налягането е намалено до минимум, което води отклонената вода до мястото, избрано за използване на наличния улей;
Пенсток, при който потенциалната енергия на водата поради падането се трансформира в енергия под налягане;
Турбина, най-често свързана към алтернатор, трансформираща потенциалната енергия под налягане на водата в механична енергия, след това в електрическа;
Структура надолу по течението за връщане на турбинираната вода в естествената среда.
Тази диаграма очевидно трябва да бъде адаптирана и в зависимост от обстоятелствата този или онзи елемент може да бъде атрофиран или хипертрофиран.
Инсталациите от индустриален мащаб очевидно се интересуват от находища, които могат да доставят големи количества енергия, тоест тези, при които продуктът Q. H на дебита от главата е достатъчно голям. За да бъде изпълнено това условие, трябва да е важен поне един от тези два фактора. Следователно ще наблюдаваме два екстремни типа фабрики, като всички междинни решения са очевидно възможни.
Ако дебитът е висок или побира ниска глава. Това са низинни фабрики, чийто капацитет за съхранение, скромен или дори нулев поради липсата на подходящи площадки (фабрики за изтичане на реки или фабрики за заключване), ще се управлява във времеви мащаб на час или всеки ден.
Ако височината на падане е важна, можем да се задоволим с умерен поток. Това са планински фабрики, които поради естеството на обектите обикновено могат да бъдат придружени от големи обеми складове (езерни фабрики), управлявани годишно. Последният тип инсталация може да се сравни с помпени инсталации, чийто обем на съхранение не се доставя чрез оттичане от водосбора, а чрез вода, изпомпвана надолу по течението в река или резервоар. Такава инсталация дава възможност по време на сезони или сезони, когато търсенето е ниско, излишното производство от източници, които е трудно да се коригира, като атомни електроцентрали, и да го възстанови, ако търсенето е голямо със специфичната гъвкавост на езерните централи.