물의 위치에너지와 운동에너지를 이용해서 전기를 얻는 발전방식. 하천에서 수력을 얻으려면 물의 고저차(낙차)를 이용해야 한다. 일반적으로 상류는 경사가 급하나 수량(水量)이 적고, 하류는 경사가 완만하지만 수량이 많다. 개발지점의 지형에 따라서 가장 경제적이고 효과적으로 에너지를 얻는 방법을 생각해야 된다.

낙차를 얻는 방법으로는 2개의 접근한 하천이 있을 경우에 그 고저차를 이용해서 높은 쪽 하천의 수량의 일부를 낮은 하천으로 끌어들이는 유역변경식(流域變更式)이나, 같은 하천이라도 굴곡되어 있는 기점을 선정하여 비교적 단거리에서 낙차를 얻는 방법이 있는데, 댐을 건설해서 하천의 적당한 곳을 가로막아 수위를 높여서 낙차를 얻는 방법이 많이 사용되고 있다.

주로 자연낙차·자연유량을 이용하는 방식을 수로식(水路式) 발전이라고 하는데, 그 발전량은 계절과 강우량의 영향을 많이 받는다. 그러나 댐식은 그 영향이 적다.

이 밖에 양수식(揚水式) 발전이라 해서 풍수기(豊水期)나 야간의 남은 전력을 이용하여 펌프로 물을 높은 곳으로 끌어올려 갈수기(渴水期)나 첨두부하(尖頭負荷:peak load) 때에 이 물을 이용하는 방식이나, 조수(潮水)의 간만의 차를 이용하는 조력발전 등이 있다.

어떤 방식이든 높은 곳에 있는 물을 수관(水管)을 통하여 낙하시킨 후 터빈을 회전시켜 발전을 하는 원리는 동일하다. 한국에서는 일찍이 수로를 만드는 방식을 많이 사용하였으나 그 후 댐식 발전을 위한 댐 건설을 많이 하고 있다.

수로식 발전의 주요 설비는 다음과 같다.
⑴ 취수구(取水口):작은 댐으로서 하천본류의 물을 봇둑으로 막아 발전용 용수를 끌어넣는 곳이며, 이 물은 침사지(沈砂池)로 들어가게 된다.
⑵ 침사지:취수구로부터 끌어넣은 물에 포함된 토사가 그대로 수로 이하의 시설로 흘러들어가는 것을 방지하기 위하여 일단 넓은 못으로 끌어와 유속을 매초 0.3 m 이하로 늦춰 토사를 바닥에 가라앉히도록 한 설비이다.
⑶ 수로:침사지에서 나온 물은 수로로 들어간다. 수로에는 개거(開渠:위를 덮지 않은 수로)·터널·수로교 등이 있다. 터널에는 상부에 공기가 있는 것과 단면 전체에 물이 충만되는 압력터널 등이 있다. 그리고 물이 유속을 가지도록 하기 위해 1/1,000 또는 1/1,500의 구배를 이루게 한다.
⑷ 수조(水槽):수로와 수압철관의 연결 부분에 있고, 발전소에서 사용하는 물의 2~3 %에 해당하는 양의 물을 저장할 만한 부피를 필요로 한다. 수조의 물은 수압철관을 통하여 터빈으로 흘러내려가게 되는데, 발전소에서 급격히 물을 막을 때 수격작용(水擊作用)에 의한 물의 관로 내에서의 압력상승을 완화시키도록 한 경우에 이를 서지탱크라고 한다.
⑸ 수압철관:수조로부터 흘러나온 물은 경사면에 설치된 철관으로 들어가고, 그 끝에서 주밸브(main valve)를 지나 발전소의 터빈으로 들어가 터빈을 돌린다. 관내 유속은 3~5 m/s이다. 이 밖에 사용목적에 따라 조정지(調整池)·저수지 등이 필요할 때도 있다.

댐식 발전은 하천의 본류에 커다란 댐을 건설하여 물을 막고 댐의 상·하류 사이에 생기는 수위차(水位差)를 이용해서 발전하는 방식이다. 이러한 발전을 하기 위해서는 댐 건설에 적당한 지점이 있어야만 된다. 즉, 하천의 양 둔덕이 산으로 둘러싸여 있어야 하며, 방대한 자재반입에도 편리한 곳이어야 한다.

댐식의 경우는 낙차는 그다지 크지 않아서 200 m라면 높은 편이 되나, 유량을 많이 끌어들일 수가 있으므로 발전소 출력을 크게 할 수 있다. 터빈과 발전기는 수로식의 경우와 근본적으로 같지만, 일반적으로 주축의 회전수가 낮은 까닭에 치수가 매우 커지게 된다.

수로식에서의 수로나 그 밖에 물에 관한 각종 설비는 필요없으나 본류를 막게 되므로 ① 관개용수(灌漑用水)의 확보 ② 하천을 이용하여 재목운반을 하는 지역에서는 그 기능 연장 ③ 물고기가 댐 지점을 넘어 왕래하도록 해야 한다는 점에서 문제가 되는 경우가 있다.

또한 댐의 건설에 따라서는 상류 쪽의 수몰되는 지역에 마을이 있을 경우에 철거하는 데 있어 커다란 사회문제가 되는 경우도 많다. 댐식 또는 수로식에서도 저수지를 가지고 있을 때에는 야간의 전력수요가 적은 시간대에 터빈을 펌프로 사용하여 하류로부터 물을 끌어올려서 전력수요가 많은 시간의 발전에 이용하는 방식, 즉 같은 물을 되풀이해서 상하시켜 유효하게 이용하는 방식을 쓸 수 있다. 이것을 양수발전이라 하며, 한국에서도 실시하고 있고, 외국에서는 대규모의 것이 건설되고 있다.

이와 같은 경우 터빈을 펌프로, 발전기를 전동기로 빈번하게 바꿔가면서 사용하게 되므로 발전·양수에 효율이 좋은 터빈과 발전기를 만드는 데에 어려운 문제점을 지니고 있다.