将水能转变为电能的综合工程设施。它包括一系列水工建筑物和机电设备。水工建筑物的主要作用是集中落差，形成水库，汇集、输送和宣泄水流，并为机电设备提供安装和运行的场所。机电设备的作用是将集中的水能转变为电能。

世界上第一批水电站在19世纪80年代出现于德国、英国和美国。以后在不少国家都取得了迅速发展，1950年以后发展更为迅猛。至1980年，全世界水电装机已达4.6亿千瓦。世界上已建成的和正在建筑中的巨型水电站（容量大于200万千瓦）共有40多座，其中有巴西的伊泰普（Itaipu，1260万千瓦）、美国的大古力和委内瑞拉的古里等超巨型水电站。中国的水电站建设，直至20世纪50年代才发展起来。至1984年底，已建成的水电站总装机容量达2560万千瓦，约为可开发蕴藏量的6%；另有小水电装机容量850万千瓦。已建成的大型水电站有刘家峡（122.5万千瓦）、丹江口（90万千瓦）和新安江（66.25万千瓦）等15座。正在建设中的大型水电站，有葛洲坝（271.5万千瓦）、龙羊峡（128万千瓦）和白山（90万千瓦）等14座。

一个典型水力发电工程的组成有：坝、取水建筑物、输水建筑物（渠道、隧洞和压力管道）、厂房、升压变电站和输电线路。坝的作用是集中落差和形成水库。进水建筑物的作用是从河流或水库将水流引入输水建筑物。输水建筑物的作用是将水流引入厂房中的水轮机。水轮机的作用是将水能转变为机械能，再由厂房中的发电机将它转变为电能。升压变电站（设置有变压器和开关设备）的作用是将发电机发出的低压电升至高压，以降低输电损失，经输电线路送至负荷中心，再行降压送至用户，以保安全。

河流落差，除少数天然集中的落差——瀑布外，大多数是沿河分散的。为了发电，需要采取工程措施予以集中。采取的方式有：建坝抬高水位集中落差，称为坝式开发；在坡降较陡的河段，修建引水道集中落差，称为引水道式开发；用建坝和引水道两种方式共同集中落差，称为混合式开发。在坝式或混合式开发的坝前形成水库，可以调节流量，既有利于充分开发电能，又有利于综合利用（灌溉、防洪、航运和养殖等）。但修建大水库时，需特别重视淹没损失和环境保护问题。将一条河流的落差在若干个合适的地点集中发电，以充分利用水能资源，称为梯级开发。

抽水蓄能电站和潮汐电站也属于水力发电工程。抽水蓄能电站是在系统低负荷时将下水库的水抽至上水库蓄能，在尖峰负荷时再由上水库放水发电。潮汐电站是在合适的海湾处采取工程措施，利用潮水涨落所形成的水头发电。

水力发电的优点是：水能是一种洁净的可再生能源，不消耗燃料、发电成本低，不污染环境。水电站又具有高度的机动性，它可按负荷的变化迅速改变出力。具有水库的水电站，一般担负电力系统的峰荷、腰荷和调频任务；径流式水电站一般担负系统的基荷。

水力发电的发展趋势是：发达国家由于水电开发程度已相当高（40～90%），现正大量修建抽水蓄能电站，并改建和扩大现有水电站的装机容量（降低年利用小时数），以承担日益迅速增长的尖峰负荷：近年来，对过去认为不经济的小水电也重视起来。发展中国家由于水电开发的起步迟，现正大力开发常规水电站，同时十分重视小水电开发，以满足农村用电的需要。今后，随着水电建设的发展，大机组、远距离输电、坝工技术、厂房建筑和机电设备的型式、材料和制造工艺以及自动化运行管理等方面都将取得更快的发展。