Do wykorzystania energii wodnej pewnego odcinka rzeki potrzebny jest spad skoncentrowany, który można utworzyć różnymi sposobami w zależności od topografii terenu. Piętrząc wodę za pomocą zapory lub jazu otrzymuje się spad H (rys. 1), który jest wykorzystany w elektrowni zaporowej (jazowej), umieszczonej w zaporze (jazie), lub w pobliżu zapory.
Rys. 1. Elektrownia zaporowa (jazowa) z budynkiem siłowni (1)
Rzeka mało wcięta w teren nie pozwala na uzyskanie większych spadów za pomocą samego jazu. W takim przypadku spad uzyskuje się częściowo przez spiętrzenie rzeki w jej korycie za pomocą jazu, częściowo zaś przez wykopanie kanału łączącego najkrótszą trasą dwa przekroje rzeki, odległość pomiędzy którymi, mierzona wzdłuż nurtu rzeki, jest znacznie większa od długości kanału (rys. 2). W dowolnym przekroju kanału jest posadowiony budynek elektrowni 1, który pełni jednocześnie funkcję jazu piętrzącego wodę w kanale do rzędnej równej wysokości piętrzenia wody przez jaz 2 na rzece. Spad H elektrowni na kanale jest równy różnicy rzędnych bezpośrednio przed wlotem i za wylotem wody z elektrowni.
Rys. 2. Elektrownia w kanale : 1-budynak elektrowni, 2- jaz, 3-kanał
Budowa elektrowni na kanale jest opłacalna w przypadku, gdy na jeden kilometr długości kanału otrzymujemy co najmniej jeden metr spadu.
Na rzece górskiej o bardzo dużych spadkach, lecz nie mającej warunków topograficznych, umożliwiających uzyskanie dużych spadów przez wybudowanie krótkich, opłacalnych zapór, można zbudować elektrownię na rurociągu ciśnieniowym (rys. 3).
Rys. 3. Elektrownia na rurociągu ciśnieniowym: 1-budynek elektrowni, 2-rurociąg ciśnieniowy, 3- kanał odpływowy
Niski jaz piętrzy wodę tylko o tyle, aby ją skierować do kanału prowadzącego wodę do wlotu do rurociągu. Można przyjąć, że elektrownia na rurociągu będzie opłacalna pod warunkiem uzyskania co najmniej piętnastu metrów spadu na jeden kilometr długości rurociągu. Opłacalność elektrowni na rurociągu będzie znacznie lepsza, jeżeli warunki topograficzne pozwolą część trasy wodnej poprowadzić kanałem bez spadku po warstwicy do punktu położonego nad elektrownią, skąd prowadzi do elektrowni krótki rurociąg o bardzo dużym spadku (rys. 4).
Rys. 4. Elektrownia na kanale i rurociągu: 1-budynek elektrowni, 2- rurociąg, 3- kanał odpływowy
W warunkach górskich doprowadza się wodę do rurociągu ciśnieniowego często za pomocą sztolni ciśnieniowej. W takim przypadku sztolnia jest zakończona zamkiem wodnym, który zawiera komorę wyrównawczą oraz zamknięcia wlotów do rurociągów ciśnieniowych, doprowadzających wodę do poszczególnych turbin elektrowni. W razie szybkiego zamknięcia obciążonych turbin występuje w rurociągu i sztolni zjawisko uderzenia wodnego, które podnosi wodę w komorze wyrównawczej do najwyższego obliczonego poziomu i przez to zmniejsza zwyżkę ciśnienia, jaka powstałaby w rurociągu, gdyby nie było komory wyrównawczej (rys. 5). Przy szybkim otwarciu turbiny występuje obniżenie poziomu wódy w komorze wyrównawczej, zapobiegające powstaniu podciśnienia w sztolni. Sztolnie są budowane przy średnicy w świetle wynoszącej co najmniej dwa metry, natomiast poniżej tej średnicy stosuje się tylko rurociągi.
Rys. 5. Elektrownia na sztolni i rurociągu: 1- budynek elektrowni, 2- sztolnia, 3- zamek wodny, 4- kanał odpływowy
Elektrownie wodne: na kanale, na rurociągu, na sztolni noszą ogólną nazwę elektrowni derywacyjnych, a trasa doprowadzająca i odprowadzająca wodę nazywa się derywacją.
Specyficzny schemat stanowi wykorzystanie energii wodnej w kaskadzie zwartej elektrowni wodnych.