Las tecnologías del agua abarcan una variedad de sistemas que utilizan el agua dulce o del océano para obtener electricidad o energía térmica. La tecnología del agua más conocida es la hidroeléctrica, en la que la fuerza del agua en movimiento impulsa una turbina, que a su vez hace funcionar un generador para crear electricidad. La energía hidráulica y otras tecnologías del agua son renovables porque su combustible se repone de forma natural a través del ciclo del agua; son alternativas limpias a la quema de combustibles fósiles que provocan el cambio climático. La energía hidroeléctrica no requiere la compra de combustibles para su generación, a diferencia del gas natural, el carbón y otras centrales de combustión. Los únicos costes son la construcción y el funcionamiento de las instalaciones de generación.

En todo el mundo, la energía hidroeléctrica representa alrededor del 15% de la generación eléctrica. En 2014, las centrales hidroeléctricas estadounidenses tenían una capacidad de unos 101.000 megavatios (MW) y producían el 6 por ciento de la energía total y el 48 por ciento de la electricidad renovable en Estados Unidos. Aunque la mayoría de los emplazamientos adecuados para las presas a gran escala se han desarrollado en Estados Unidos y en todo el mundo, hay muchas oportunidades para instalar sistemas hidroeléctricos en presas existentes que actualmente no tienen capacidad de generación, y para utilizar otras tecnologías de energía hidráulica en ríos, zonas de mareas y mar abierto. Según dos estudios realizados en 2012 por el Departamento de Energía de Estados Unidos, las presas existentes que actualmente no producen energía podrían proporcionar 12.000 MW de capacidad adicional, y si se construyen nuevas instalaciones (incluidas las que aprovechan las olas y las corrientes de marea), la energía hidroeléctrica podría proporcionar el 15% de la electricidad de Estados Unidos en 2030 (frente al 6% actual). 6 por ciento en la actualidad).

Las instalaciones hidroeléctricas pueden instalarse en ríos, océanos o lagos.

Ríos

Presas

Las grandes presas hidroeléctricas en los principales ríos son los generadores de energía hidráulica más desarrollados. Las centrales de bombeo o de embalse almacenan el agua en un embalse para liberarla y utilizarla cuando el río corre más lento o durante los momentos de máxima demanda de energía. Esto permite una generación de energía de carga base fiable. La presa Hoover de Nevada y la presa Grand Coulee de Washington son ejemplos de estas grandes instalaciones. Las grandes presas también satisfacen múltiples necesidades sociales, como el riego, el control de las inundaciones y el ocio.

Las centrales de embalse presentan varios inconvenientes. Los estudios sugieren que los grandes embalses en climas boreales y tropicales emiten tantos gases de efecto invernadero como una central eléctrica de combustibles fósiles. La vegetación inundada se descompone, liberando metano y dióxido de carbono en un gran estallido al principio de la vida de la presa y continuando en cantidades menores a lo largo de su uso. Otros impactos son los cambios en la temperatura del agua, el oxígeno disuelto y otros nutrientes, el daño al ecosistema del río, el desplazamiento de comunidades por la alteración del caudal del río y la inestabilidad de las riberas que provoca deforestación, inundaciones y erosión. La energía hidroeléctrica es vulnerable al cambio climático. Las sequías prolongadas pueden disminuir el nivel de agua del río, reduciendo la generación de electricidad, mientras que el deshielo de los glaciares, el rápido derretimiento del manto de nieve o los cambios en los patrones de precipitación, de nieve a lluvia, pueden alterar significativamente el caudal del río.
Centrales hidroeléctricas

Las centrales hidroeléctricas no tienen instalaciones de almacenamiento de agua, pero pueden utilizar presas de bajo nivel para aumentar la diferencia entre el nivel de la toma de agua y la turbina. En este caso, el flujo natural del río genera electricidad y la cantidad de energía generada fluctúa en función del ciclo del río. Aunque la tecnología de pasada puede utilizarse para la generación de energía a gran escala, suele aplicarse para abastecer de electricidad a comunidades individuales, con capacidades inferiores a 30 MW. Esta forma de generación de energía es popular en las zonas rurales de China, pero tiene aplicación potencial en muchos lugares, incluso en Estados Unidos. La tecnología de funcionamiento fluvial suele perturbar mucho menos el caudal del río en comparación con las grandes presas hidroeléctricas.
Corriente

La generación de corriente funciona de forma similar a una turbina eólica, pero bajo el agua. Como el agua es más densa que el aire, el agua que se mueve a una velocidad determinada producirá mucha más energía que la generada por una velocidad de viento comparable. Sin embargo, la propia turbina debe ser más fuerte y, por tanto, es más cara. El impacto medioambiental de las turbinas actuales no está claro. Podría perjudicar a las poblaciones de peces, pero se han desarrollado turbinas seguras para los peces.

Estados Unidos tiene muchos lugares potenciales donde podría producirse la generación de corriente, y hay varios proyectos en marcha, como los del East River de Nueva York y la bahía de San Francisco. La Comisión Federal Reguladora de la Energía emitió en 2012 la primera licencia para un proyecto piloto comercial de energía mareomotriz en Estados Unidos. La licencia, de 10 años de duración, encamina el proyecto de East River (Roosevelt Island Tidal Energy) hacia la construcción de 30 turbinas para generar 1 MW.

Océanos

Presa mareomotriz

La energía mareomotriz aprovecha el ciclo predecible de la energía producida por las mareas. Una presa mareomotriz funciona de forma similar a una gran presa hidroeléctrica, pero se coloca en la entrada de una bahía o estuario. El agua retenida en la bahía se libera a través de las turbinas de la presa y genera energía. Para que la presa funcione de forma económica, la marea debe tener una amplitud suficiente entre la pleamar y la bajamar, de unos tres metros. Los mejores emplazamientos potenciales se encuentran en el norte de Europa y en la costa oeste de Estados Unidos. Una presa mareal en La Rance (Francia) funciona desde 1967 con una capacidad de 240 MW. El impacto medioambiental potencial de las presas podría ser importante, ya que se construyen en ecosistemas de estuarios delicados, pero se están desarrollando diseños menos intrusivos, como vallas o barcazas flotantes.
Corrientes de marea

Al igual que las tecnologías de corrientes fluviales, podrían utilizarse turbinas ancladas en el fondo del océano o suspendidas de una boya en la trayectoria de una corriente oceánica para generar energía. Aunque esta tecnología está en fase de desarrollo, algunas ubicaciones potenciales en Estados Unidos son el Golfo de Maine, Carolina del Norte, el noroeste del Pacífico y la corriente del Golfo frente a Florida.
Olas

Cuando el viento se mueve sobre la superficie del océano, transfiere energía al agua y crea olas. Aunque son variables en tamaño y velocidad, las olas son predecibles y se crean constantemente. Sólo en las aguas costeras de Estados Unidos, el total de energía de las olas al año es de 2.100 teravatios hora.

Se están probando diversas tecnologías para convertir la energía de las olas en electricidad. La mayoría de los sistemas capturan la energía en la superficie de las olas o utilizan las diferencias de presión justo debajo de la superficie. Estos sistemas utilizan el oleaje de las olas para crear presión y mover bombas hidráulicas o aire presurizado, que a su vez pone en movimiento los generadores. Los impactos ambientales de los generadores de olas no se conocen del todo, pero se cree que son mínimos y específicos del lugar.

Los mejores lugares potenciales para la generación de olas son las zonas oceánicas con fuertes corrientes de viento. Estas zonas se encuentran entre los 30° y los 60° de latitud, las zonas polares con tormentas frecuentes, las zonas cercanas a los vientos alisios ecuatoriales y las costas occidentales de los continentes. La tecnología híbrida de viento y olas para los parques de energía en alta mar está en desarrollo. Los posibles emplazamientos en Estados Unidos para los parques de energía híbrida viento-oleaje incluyen las zonas costeras de la Costa Este y el Noroeste del Pacífico.
Conversión de energía térmica oceánica

La conversión de energía térmica oceánica (OTEC) utiliza el vapor producido por el agua caliente de la superficie para hacer girar las turbinas generadoras. El agua fría de las profundidades del océano condensa el vapor de nuevo en agua para su reutilización. Se necesita una diferencia de temperatura de 36°F entre la superficie y las aguas profundas. Entre los posibles emplazamientos se encuentran las islas tropicales. La OTEC se encuentra en una fase inicial de desarrollo y aún no es rentable, debido al elevado coste de bombeo de las aguas profundas a las estaciones generadoras de superficie. La OTEC puede combinarse con sistemas de climatización térmica oceánica (véase más adelante). Además, las aguas profundas, ricas en nutrientes, pueden ayudar a la acuicultura. Los estanques de superficie bombeados con aguas profundas pueden cultivar salmón, langosta y otros mariscos, así como plancton y algas.
Aire acondicionado térmico del océano/lago

Además de generar electricidad, el agua también puede utilizarse para obtener energía térmica directa. El agua de los lagos o los océanos puede proporcionar aire acondicionado a los edificios. El agua fría de las profundidades se utiliza para enfriar el agua dulce que circula por un edificio en un sistema de tuberías cerradas, proporcionando aire acondicionado a un coste menor que los métodos tradicionales. El agua gastada se devuelve al océano o al lago para renovar el ciclo. El agua fría de las profundidades debe estar entre 39°F y 45°F y cerca de la costa para que resulte económica. Hay ejemplos de sistemas de refrigeración térmica oceánica en Hawai (junto con instalaciones OTEC) y en Toronto, donde el agua del lago Ontario se utiliza para climatizar los edificios del centro de la ciudad. Los proyectos de OTEC a gran escala (más de 100 MW) situados en comunidades insulares como Puerto Rico, Hawai o Guam pueden ser económicamente viables.

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