Jednym z ważniejszych źródeł energii alternatywnej jest energetyka wodna, którą można podzielić na tą związaną z działalnością mórz i oceanów (energia pływów) oraz na opierającą się na wykorzystaniu energii rzek. Pierwotnym źródłem energii wodnej jest energia słoneczna.
Wodne źródła energii są wykorzystywane w dwojaki sposób: jako bezpośrednie wykorzystanie energii płynących wód, oraz w elektrowniach szczytowo - pompowych.
Potencjał energetyczny polskich rzek wynosi 12 TWh/rok, jest on wykorzystywany w 15%.
Ten rodzaj elektrowni ma bardzo specyficzne działanie. W jej skład wchodzą dwa zbiorniki wodne - dolny i górny. Dzięki nim możliwe jest kumulowanie energii w czasie gdy zapotrzebowanie na energię jest niskie - wtedy przy wykorzystaniu energii elektrycznej z sieci woda jest przepompowywana z dolnego zbiornika do górnego, dzięki czemu w okresie dużego zapotrzebowania na energię, możliwe jest spuszczenie dużej ilości wody na turbiny, dzięki czemu produkuje się energię.
Pracę w elektrowni szczytowo - pompowej dzieli się na turbinową i pompową. Pierwsza z nich zachodzi wtedy, gdy na turbiny spuszczana jest woda, dzięki czemu możliwa jest produkcja energii. Natomiast praca pompowa związana jest z pompowaniem wody do górnego zbiornika przy wykorzystaniu nadmiaru energii z sieci.
Elektrownie wodne wykonują pracę programową oraz regulacyjną. Pierwsza z nich związana jest z wyrównywaniem napięcia w sieci elektroenergetycznej za pomocą jedno-, dwukrotnego przełączania się na prace turbinową i pompową, w zależności od tego, jak duże jest zapotrzebowanie na energię. Dzięki takiemu rozwiązaniu, można w czasie mniejszego zapotrzebowania używać energii z sieci do przetransportowania w górę wody z dolnego zbiornika. Zużywana jest do tego energia wyprodukowana w elektrowniach atomowych, parowych, wodnych przepływowych, które pracują cały czas na pełnych obrotach. Energia uwięziona w wodzie w górnym zbiorniku zostaje uwolniona podczas spuszczenia jej na turbiny. Zostaje przetworzona na energię elektryczną.
Druga forma pracy elektrowni szczytowo - pompowych wiąże się z regulacją napięcia w sieci między okresami szczytowego zapotrzebowania na energię a okresami doliny energetycznej. Dzięki swemu specyficznemu działaniu tego typu rozwiązania przydają się bardzo w sytuacjach kryzysowych, kiedy następuje nagłe duże zapotrzebowanie na energię.
Zazwyczaj rolę górnych zbiorników pełnią jeziora naturalne albo sztuczne, dolnymi zbiornikami też są jeziora, ale mogą to być także spiętrzone doliny rzeczne, stare sztolnie, lub zbiorniki antropogeniczne, wybudowane specjalnie w tym celu. Ze względu na straty wody wywołane m. in. parowaniem czy wyciekiem, zapasy wody w dolnym zbiorniku muszą być stale uzupełniane przez ciągły dopływ wód naturalnych.
Aby zmniejszyć koszty inwestycyjne, buduje się elektrownie tam, gdzie jest największy spadek terenu, ponieważ w takich warunkach można pozwolić sobie na budowę mniejszych zbiorników. Najlepiej, jeśli spadek terenu wynosi ponad 100 metrów. W niektórych przypadkach wykorzystuje się mniejsze spadki. Zazwyczaj woda z jednego zbiornika wystarcza na działanie elektrowni przez dwie do sześciu godzin pracy turbinowej.
W Polsce działa 127 dużych elektrowni wodnych i około 300 małych, o łącznej mocy około 2160 MW. Najbardziej znanymi elektrowniami szczytowo - pompowymi są elektrownie w Solinie i w Żarnowcu. Ta druga jest największą elektrownią tego typu w Polsce. Mieści się ona w województwie pomorskim i powstała na Zbiorniku Żarnowieckim. Zbudowano ją w roku 1983 roku, w początkowym założeniu miała współpracować z elektrownią atomowa, jednak inwestycja ta w końcu nie doszła do skutku.
Elektrownia ma moc około 800 MW. Za górny zbiornik służy położone 100 metrów nad Jeziorem Żarnowieckim, sztuczne jezioro o pojemności 14 milionów metrów sześciennych. Te dwa zbiorniki połączone są ze sobą systemem czterech rur, którymi spuszcza się wodę. Dno zbiornika górnego jest nieprzepuszczalne.
Elektrownia ta działa tak samo jak inne tego typu - podczas szczytu zapotrzebowania na energię, woda ze zbiornika dolnego napędza turbiny, a wyprodukowany w ten sposób prąd uzupełnia braki w sieci. Okresy wzmożonego zapotrzebowania na prąd trwają zazwyczaj około 4 godzin. Później następuje tzw. dolina energetyczna, w czasie której zapotrzebowanie na prąd jest niewielkie - w tej fazie woda jest pompowana jest do góry. Dzięki temu procesowi unika się sytuacji nadmiernych strat energetycznych, oraz konieczności wyłączania i ponownego włączania elektrowni cieplnych (co jest bardzo kosztowne i trudne technicznie). Napełnianie zbiornika dolnego trwa zazwyczaj około sześciu godzin.
