Vannkraft i Norge

Vannkraft i Norge spiller en stor rolle for landets innenlandske elektriske energiforsyning, noe det har gjort i rundt 100 år. På grunn av landets topografi og store nedbørsmengder var utbygging av vannkraft spesielt gunstig, og ga store mengder billig energi. Dette var en forutsetning for industrialiseringen i Norge på begynnelsen av 1900-tallet, da noen av verdens største vannkraftverker ble bygget i landet for etablering av kjemisk industri. Norge er blant de få land i verden der nesten all elektrisk energiproduksjon kommer fra denne fornybare ressursen.
Vannkraft var i omfattende bruk i Norge allerede på 1200-tallet, for å drive kverner. På 1500-tallet ble oppgangssagen tatt i bruk i forbindelse med plankeproduksjon. Ut på 1800-tallet ble deler av industribedriftene drevet med vannturbiner, der energien ble overført via reimer og akslinger. Vannkraft og elektrisitetsproduksjon fikk stor betydning for den generelle velferdsøkningen utover på 1900-tallet; blant annet ble elektrisitet sett på som et gode som hele befolkningen måtte få tilgang til. Store programmer for utbygging av vannkraft og overføringsnettet ble derfor satt i gang i 1930-årene. I etterkrigstiden skjedde en utstrakt utbygging av vannkraft både for å skape økonomisk vekst og for å forbedre folks levestandard. Denne epoken med storstilt kraftutbygging varte helt opp til 1990-årene. På denne tiden skjedde også en liberalisering av måten elektrisk energi omsettes på. Allikevel er den største delen av vannkraftverkene i Norge eid av staten, fylkene og kommunene. Elektrisk oppvarming av bygninger har blitt det vanligste i Norge, noe som blant annet har sammenheng med lav energipris. På grunn av denne avhengigheten av elektrisitet har landet fra tidlig av bygget store reguleringsmagasiner. Mange av disse kan samle opp vann over flere år til bruk i såkalte tørrår, det vil si år med liten nedbør.
I Norge var det i 2012 registrert 1 393 vannkraftverk, av disse er 36 verk over 200 MW. De ti største vannkraftverkene står for rundt 25 % av produksjonskapasiteten. Vannkraftproduksjon i de norske kraftverkene var ved inngangen til 2012 beregnet til 130 TWh. Dette er beregnet på grunnlag av installert kapasitet og et forventet årlig tilsig i et år med normal nedbør. Den maksimale magasinkapasiteten i alle norske reguleringsmagasiner er tilsammen 85 TWh. Fra 1990 til 2011 har variasjonen mellom laveste og høyeste produksjon per år vært på rundt 60 TWh. Rundt 96–99 % av all elektrisk energi i Norge blir produsert i vannkraftverk.
Vannkraftutbygging har også en del miljøpåvirkninger, selv om det er i kategorien fornybar energi. Vannkraft påvirker miljøet i og rundt vassdrag, spesielt fiskeressurser, men også mikroorganisk liv. Andre ulemper er forringelse av landskap og opplevelsesverdier.

Historisk utvikling

Vannkraft antas å ha vært i utbredt bruk siden 1200-tallet i Norge, først og fremst til kverner, men senere også for bruk i møller og sagbruk. Denne energikilden ble ytterligere utnyttet rundt 1500-tallet, da oppgangssagene revolusjonerte trelasthandelen, noe som førte til at tømmer ble en viktig eksportnæring fra Norge. Flere byer og vokste frem takket være denne eksporten.
Den tidlige industrielle utviklingen i Norge  på 1800-tallet var blant annet basert på vannkraft. Denne oppblomstringen av industri i Norge var del av den andre industrielle revolusjon som også fant sted i mange andre land samtidig, etter at den første industrielle revolusjon hadde funnet sted i Storbritannia flere tiår tidligere.

Vannkraft i tidligere tider

Før elektrisiteten ble vannkraften i Norge benyttet mekanisk på stedet. Vannkraft ble tidlig utnyttet til kverning av korn, i en liten bekkekvern eller i en større vannmølle. En tror at slike vanndrevne maleverk ble tatt i bruk i Norge på 1200-tallet. På 1500-tallet revolusjonerte oppgangssagene trelasthandelen i Norge. Oppgangssaga, også kalt vassag, utnyttet vannkraft til å drive et sagblad for skjæring av tømmer til plank. Rundt 1750 var det rundt 30 000 bekkekverner i Norge. På denne tiden ble vannhjul brukt til mekanisk drift av kjerrater og sagbruk, hammer- og stampeverk, knusere, blåsebelger, lensepumper og løfteinnretninger ved jernverkene og i gruvene. Byer som Moss og Sarpsborg vokste på en kombinasjon av skog, vannkraft og havn. På 1800-tallet overtok vanndrevne sirkelsager.
Den tidlige industrielle utviklingen i Norge var blant annet basert på vannkraft. Enkle vannturbiner ble satt opp i forbindelse med fabrikker på første halvdel av 1800-tallet, der overføringen av energien skjedde via akslinger og reimer. Disse fabrikkene brukte vannkraften til å drive sag, veve- og spinnemaskiner, verktøymaskiner, samt flere andre innretninger som ble funnet opp på denne tiden. Eksempler på tidlige virksomhetene er de som vokste opp langs Tista i Halden og Akerselva i Christiania, med fabrikker som Saugbrugsforeningen i Halden, og i Christiania Nydalens Compagnie, Lilleborg og Hjula Væverier, alle disse etablert rundt midten av 1800-tallet.

De første store vannkraftutbygginger

Utover på 1900-tallet skjedde det en rekke industrietableringer relatert til elektrokjemi og annen industri, samt bergverk. Disse industribedriftene ble lagt nær vannkraftressursene og det vokste opp nye samfunn rundt disse. Noen av de første var Borregaard etablert i 1889 og Sulitjelma Gruber i 1891.
Borregaard bygget tidlig store kraftverker i Sarpefossen i Glomma: Borregaard kraftverk bygget i 1898 og Hafslund kraftverk bygget i 1899. Begge disse ble utvidet flere ganger. Opprinnelig var installasjonen i Borregaard kraftverk 1200 hk og i Hafslund kraftverk 6 turbiner a 1200 hk. Ialt 7200 hk.
Andre store industrietableringer utover på 1900-tallet var blant andre Odda Smelteverk, like ved Odda. I Tyssedal, ble også Det Norske Zinkkompani A/S og Det Norske Nitridaktieselskap etablert. Her ble Tyssedal kraftanlegg (Tysso I) bygget for disse industrietableringene. I nabokommunen Sauda ble også store industrietableringer igangsatt på omtrent samme tid, med kraftoverføring fra Saudafallene (Sauda I, Sauda II og Sauda III). Sauda Smelteverk ble startet her i 1915, og under andre verdenskrig ble det satt i gang aluminiumproduksjon. Høyanger i Sogn var også et industristed som tidlig startet opp med aluminiumproduksjon. Her ble bedriften Norsk Aluminium Company (NACO) stiftet i 1915 med store vannkraftutbygginger i Høyangfallene.
Selv om disse industriene var store og betydde mye for lokalsamfunnene var Norges desistert største industrietablering og vannkraftutbygging på 1900-tallet allikevel Norsk Hydros prosjekter. Fysikkprofessoren Kristian Birkeland (1867–1917) hadde, med finansiering fra Sam Eyde (1866–1940), utviklet en prosess for utvinnelse av nitrogen fra luft for å lage kalksalpeter til bruk som kunstgjødsel. For å skaffe energi ble først Svelgfoss kraftverk ved Notodden bygget ut og en fabrikk etablert like ved. Noe senere ble Rjukanfossen utbygget med Vemork kraftstasjon, og lenger ned i dalen ble tettstedet Rjukan etablert med fabrikker og bebyggelse. Kraftverket hadde en installert ytelse på 200 000 hestekrefter (eller 147 MW) og var blant verdens største i 1911. Senere ble Såheim kraftverk i Rjukan sentrum satt i drift i 1916. Dette var omtrent like stort som Vemork kraftstasjon. Utbyggingen her ble ledet av ingeniøren Sigurd Kloumann (1879–1953) som bare var 26 år da han fikk dette ansvaret.
Det store gjennombruddet for overføring av elektrisk energi over store avstander kom med Den internasjonale elektrotekniske utstillingen i 1891. Via en kraftledning på 175 km ble trefaset vekselstrøm overført fra en kraftstasjon. Dette var en usedvanlig lang overføring på denne tiden.
I forbindelse med overføringen av elektrisk kraft fra Tafjord kraftverk til Ålesund, og andre steder på Sundmøre, ble uvanlig høyt spenningsnivå tatt i bruk i 1920-årene. Kraftledningen her benyttet en spenning 110 000 volt. Terrenget i høyfjellet med rasfare og sterk vind ga også utfordringer. Senere ble overføring av elektrisk energi stadig mer effektiv med utvikling av høyere spenningsnivåer. Dermed var det ikke lenger nødvendig å legge industribedrifter nær vannfallene, på avsidesliggende steder som Notodden og Rjukan, med store transportkostnader for ferdigvarene.

Fossespekulasjonene

Norske elver er ofte eid av privatpersoner. Den som eier grunnen ved elvebreddene eier også en tilsvarende stor del av elven. Dette i motsetning til resten av Europa der de farbare elvene fra gammelt av var fellesskapets eiendom. Privat eiendomsrett til en elv vil også bety at den kan selges som annen fast eiendom.
I tiden fra rundt 1890 til 1914 var tiden for de store fossespekulasjonene. Spekulanter som ikke hadde til hensikt å bygge ut kraftverker, kunne kjøpe vannfall for senere å selge disse med stor fortjeneste til en reel vannkraftutbygger. Dette kunne skje i flere ledd. Spekulasjon i oppkjøp av fallrettigheter kunne føre til begrenset produktiv utnyttelse.
I mars 1906 stod det i Verdens Gang (ikke det samme som dagens VG) et stort oppslag om en påstått utenlandsk konspirasjon for å kjøpe all tilgjengelig norsk vannkraft for spekulasjon. Det ble påstått at agenter for utenlandske kapitalinteresser streifer rundt i landet for å kjøpe vannfallrettigheter. Imidlertid ført alle sporene til samme sted, nemlig en krets av svenske finans- og industriinteresser, i tillegg til Sam Eyde og Wallenberg.
Stortingsrepresentant Gunnar Knudsen foreslo i Stortinget i 1892 at staten skulle kjøpe vannfallrettigheter. Knutsen argumenterte med at vitenskapen på dette tidspunkt med sikkerhet kunne fastslå at elektrisitet ville kunne brukes til industri, jernbane, belysning og fremstilling av metaller. Kull var på denne tiden energikilde for til slike formål og måtte importeres, om da landet isteden kunne utnytte egne kraftkilder ville dette være av stor samfunnsøkonomisk betydning. Statlig oppkjøp av fallrettigheter skulle også forhindre spekulasjon.
I debatten ble det drøftet å bygge opp lokal småindustri basert på vannkraft, eller om en skulle la store kapitalinteresser, da mest sannsynlig utenlandske, etablere vannkraftverker og industri. Oppkjøp av vannkraft for fremtidig elektrifisering av jernbanen var det politisk enighet om.

Konsesjonslovene

På begynnelsen av 1900-tallet ble utnyttelsen av vassdragene, konsesjon og industrietablering diskutert i Stortinget. Det som lå bak den debatten var synet på store utenlandske aksjeselskaper, og hvordan arbeidsforholdene på industristedene ville komme til å bli. Politikeren Lars Olsen Sæbø viste til Odda og andre steder som han mente var «rygende helveder». Noen argumenterte med at de utenlandske selskapene var så store at de kunne monopolisere vannkraften og gjøre det vanskelig for tradisjonell industri å få nødvendig tilgang til billig elektrisitet.
Vassdragsreguleringsloven av 1917 ga staten rett til å foreta vassdragsreguleringer, og bare med særskilte unntak tillate andre denne rett. I debatten stod forholdet mellom eiendomsrett på den ene siden og allmenne interesser på den andre. En kraftutbygging med store reguleringer av et vassdrag ville berøre mange interesser og få store ringvirkninger, så store at eiendomsretten til vassdraget måtte vike. Samfunnsmessige hensyn talte for at staten best kunne ta hensyn til helheten i slike kraftutbygginger. Selv om dette var kontroversielt, mente de fleste, uansett politisk ståsted, at staten burde ha mulighet til å overordnet styring.

Elektrisitetsforsyningskommisjonen av 1919

Stortinget satte ned en kommisjon som skulle utrede «spørsmålet om grundlinjer for landets elektricitetsforsyning», og som skulle bestå av fagekspertise, representere både landsdeler, næringsgrupper og forbruksgrupper. En plan for bygging av kraftverker og hovedledningsnett skulle utredes. Kommisjonen ble ledet av professor ved NTH Olav Heggstad (1857–1954) og ble kjent som Elektrisitetsforsyningskommisjonen av 1919.
Et forslag fra kommisjon var såkalt samkjøring av kraftverkene. På denne tiden var en stor del av elektrisitetsverkene autonome enheter, dette til tross for at sammenkobling av flere verk vil gi fordeler. Lovforslaget ga forslag til lover som ikke bare regulerer slikt samarbeid, men også pålegge plikt til samkjøring. Dette forslaget skapte sterke negative reaksjoner blant distriktskommunene fordi en mente at samarbeid ville utvikles naturlig der dette ville gi fordeler. Dessuten mente de at en slik lov ville gi staten «fullstendig enevoldsherredømme».

Staten som vannkraftutbygger i mellomkrigstiden

Med de store vannfallene staten fikk kontroll over, begynte diskusjoner om staten også skulle drive industribedrifter. Dette var det liten oppslutning om, men at staten kunne selge kraft til industriforetak så en på som mer nærliggende.
Det ble ikke noe stort omfang av statlig kraftutbygging i mellomkrigstiden. Staten sammen med Kristiania kommune bygget Solbergfoss kraftverk (første byggetrinn 1917–1924) , Nore kraftverk (bygget i årene 1919–1928) og Glomfjord kraftverk som staten hadde overtatt i 1918 (og ble ferdig i 1920). I tillegg ble Hakavik kraftverk (vedtatt 1916 og ferdig i 1922) bygget av staten for jernbanedrift.
Utbyggingen for å forsyne byer og industri ble foretatt på Østlandet utover i mellomkrigstiden. Her ble industri, tettsteder, og byer koblet sammen med lange kraftlinjer med høy spenning. En egen organisasjon for dette samarbeidet ble opprettet som fikk navnet Foreningen Samkjøringen. En rekke store kraftstasjoner som Nore I, Nore II, Solbergfoss, Kykkelsrud, Rånåsfoss og Mår ble tilknyttet og gikk i samkjøring. Koordineringen av kraftnettet skjedde på driftsentralen på Smestad i Oslo. Selv fjerne kraftstasjoner i Gudbrandsdalen som Eidefossen og Tessa var koblet sammen. Med dette kunne energi overføres fra kraftverker der nedbøren hadde vært større og magasinene var blitt velfylte.

Utvikling av turbinene til Solbergfoss kraftverk

Byggingen av Solbergfoss kraftverk fikk stor betydning for utviklingen av en norsk turbinindustri. Byggekomiteen kontaktet professor Gudmund Sundby (1878–1973) ved NTH for å få hjelp til å utforme anbudskonkurransen for turbinene. Sundby mente at byggekomiteens utkast til anbudspapirer ikke var konkret nok når det gjaldt turbinenes virkningsgrad. Han foreslo at verkstedene som ville være med på anbudskonkurransen skulle levere modeller av turbinene. Dette ble gjort, og dermed kunne disse testes på det nyopprettede vannkraftlaboratoriet for å få konstatert hvor høy virkningsgraden var.
Sundby testet tolv turbinmodeller fra de norske leverandørene Myren og Kværner. Disse var nedskalert nøyaktig i forholdet 1:5. Etter mange tester viste det seg at turbinene fra Kværner hadde en virkningsgraden som kom opp i 94,6 %. I en populærfremstilling om NTH noen år senere ble det påstått at dette til da var den høyeste virkningsgrad som var målt på en vannturbin noe sted i verden.
Historikeren Gunnar Norheim mener at leveransen og utviklingen av turbinene til Solbergfoss kraftverk gjorde at turbinproduksjon i Norge ble en vitenskapsbasert industri i verdensklasse.

Andre verdenskrig og kraftutbygging

Okkupasjonsmakten under andre verdenskrig hadde store planer for vannkraftutbygging i Norge, og dette ansvaret ble lagt til en egen energiavdeling under Reichskommissariatet. Planene gikk ut på storstilt vannkraftutbygging og kraftoverføring til Tyskland. Prosjektet ville bare være interessant om store effektmengder kunne overføres, og i det såkalte Arbeidsgemeinschaft bestående av okkupasjonsmaktens og norske myndighetspersoner, ble planene lagt. En kraftoverføring til kontinentet med kapasitet på 800 MW ville kreve en spenning på 400 kV. Selv om dette ville være teknisk mulig, mente tyske eksperter at teknologien for dette nok ikke ville være utviklet før om 5–10 år.
I tillegg til disse planene som aldri ble realisert, ble det gjort mye for å få produsert aluminium og andre metaller til tysk rustningsindustri. Bygging av kraftanlegg ble videreført, og Glomfjord kraftverk er et eksempel på en kraftstasjon som ble utvidet i betydelig grad.

Liberalisering av kraftproduksjonen

En ny energilov ble fattet i 1991 der deregulering av kraftmarkedet var en viktig endring fra tidligere regime. Den nye dereguleringen skulle sørge for at kraftprisene bestemmes i samspillet mellom etterspørsel og tilbud. Prisene blir dermed lave i perioder med stor tilgang på vann, mens det under motsatte forhold vil det bli høye priser på grunn av knapphet på vann og stor etterspørsel. Tidligere var kraftprodusentene forpliktet til å dekke etterspørselen i sine respektive forsyningsområder, samtidig som mulighetene for import var begrenset. Prisen på elektrisk kraft varierte dermed ikke avhengig av nedbør og temperatur, som bestemmer tilbud og etterspørsel. En konsekvens var at det ble foretatt store investeringer i produksjonskapasitet for å sikre forsyningen i tørre år.
For blant annet å bedre kraftutvekslingen mellom regionene ble Statnett ble opprettet i desember 1991. Denne statsinstitusjonen skulle for å eie og drifte store deler av sentralnettet, være systemansvarlig for hele det norske kraftsystemet, og avregne kostnader for transaksjonene av elektrisk energi mellom geografisk adskilte parter.
I 1996 dannet Norge og Sverige en felles kraftbørs, og senere kom også Finland og Danmark med. Denne var kjent som Nord Pool. Hensikten var bedre samlet utnyttelse av kraftressursene i medlemslandene. På grunn av forskjeller mellom det norske vannkraftbaserte systemet og de andre landenes varmekraftverk, kan en dra felles nytte av disse egenskapene. Blant annet er de varmekraftbaserte systemenes produksjon kostbare å regulere opp og ned, mens det er billig og enkelt å regulere hurtig opp og ned produksjonen (effekten) i et vannkraftbasert system.
En ordning som hører til under konsesjonslovene er hjemfall som betyr at bare staten, fylker eller kommuner skal ha rett til konsesjon for vannfall til evig tid. Fra 2002 til 2008 var det strid om denne bestemmelsen, der ESA klaget Norge inn for EFTA-domstolen. Samarbeidsregjeringen fra 2001 ville rette seg etter ESA ved å gjøre det enklere for private virksomheter å eie vannkraftverker også langsiktig. Imidlertid kom EFTA-domstolen frem til at hjemfallsretten kunne aksepteres. Det har i ettertid vært politisk flertall for at vannkraftverkene skal være eid av det offentlige, med Statkraft som eier av de statlige kraftverkene.
Etter at Thorhild Widvey tok over som styreleder i Statkraft i juni 2016 har det vært fremmet forslag om delprivatisering av Statkraft. Den politiske drakampen om dette har fortsatt etter Stortingsvalget 2017. Spesielt mener Høyre at selskapet kan få tilgang på frisk kapital og nye eierimpulser gjennom en delprivatisering.

Vassdragsregulering for kraftproduksjon

Generelt vil potensialet for vannkraftproduksjon i et land være bestemt av klima og geografi, der nedbør som samles i elver og vassdragene er avgjørende. I tillegg bør disse helst ligge i stor høyde. De topografiske forholdene er gunstigst om det både kan anlegges vannmagasiner og konsentrerte fall kan utnyttes. Norge er fra naturens side spesielt gunstig ved at disse og flere andre faktorer er tilstede.

Grunnlaget for Norges store vannkraftreserver

I Norge er rundt 40 % av landarealet over 600 moh, og det er mange fjellvidder mellom 600 og 1200 moh. Sør-Norge er dominert av Langfjella som deler Sør-Norge i Øst- og Vestlandet. Den dominerende vindretning er fra sørvest og vest, noe som skaper store nedbørmengder i disse fjellområdene. Mest ekstremt er området ved Ålfotbreen med en årlig årlig nedbørnormal på 5600 mm. Årsnedbør på 1000 til 3000 mm i kyststrøkene er vanlig, mens på Østlandet er årsnedbøren rundt 1000 mm. Nord-Norge har nedbørforhold som ligner mye på Vestlandet, men kontrastene er store her også og de tørreste stedene på indre strøk har en årlig nedbør på rundt 400 mm. De tørreste stedene i landet har en årsmiddel for nedbør på rundt 300 mm.
På grunn av lav lufttemperatur er fordampningen i Norge moderat hele året, og minst i områdene med mest nedbør. Mer enn halvparten av nedbøren i sørlige strøk av Østlandet fordamper, mens bare en tidel av nedbøren fordamper i høyfjellsstrøkene på Vestlandet. Lite fordampning gjør det mulig å utnytte mer av nedbøren til vannkraft.
Årstidsvariasjoner i avrenningen danner grunnlag for inndeling av landet i hydrologiske typeområder. Kystområdene har lavest vannføring om sommeren og minst avrenning høst og vinter. Vassdragene i innlandet har dominerende flom på grunn av snøsmeltingen om våren, mindre vannføring om vinteren, men også en større vannføring om høsten. I fjellområdene er det dominerende vårflom og lite vannføring om vinteren, mens breområdene har dominerende smelteflom om sommeren og lite avrenning om vinteren.
Norge er geologisk sett dannet av Den kaledonske fjellkjeden. Isbreene under siste istid skapte en rad vide u-daler som er spesielt egnet for magasinering av vann. Isbreene førte også til dannelse av tallrike innsjøer i fjellområdene og disse egner seg også til magasiner for kraftverk. Isbreene skrapet fjellet ned til de harde lagene noe som gjør det enkelt å bygge dammer og andre anlegg i forbindelse med vannkraftutbygging. Det norske fastlandet ligger i et geologisk sett stabilt område slik at det er lite jordskjelvaktivitet som kan være trussel mot vannkraftanleggene. Store høydeforskjeller over korte avstander gjør at Norges topografi er teknisk og økonomisk godt egnet for vannkraftanlegg.
Fra et vannkraftutbyggingsynspunkt er fjellet i Norge av moderat kvalitet og kompleksitet. Dette kan utnyttes til å bygge store deler av et vannkraftverk i undergrunnen, noe som ble gjort i 1950-årene og utover i stadig større skala. Et spesielt forhold er at det er en vel definert overgang mellom fast fjell og løsmassene over. Ismassene under forrige istid sørget for å skure fjellet rent for løse masser. Dette gir mulighetene for å bygge demninger som enkelt kan gjøres tette mot fjellet under.
Innsjøer og vann dekker rundt 16 000 km² eller 5 % av Norges landareal. Disse utnyttes ved oppdemning som hever vannstanden over naturlig vannstand, men også ved senkning som tapper vannet ned under naturlig vannstand. Den korte avstand fra vannskillet til havet, gir ikke opphav til store elver som i andre deler av verden, men mange korte og bratte elver. Dette var gunstig på begynnelsen av 1900-tallet da tekniske og økonomiske forhold ikke tillot annet enn mindre utbygginger som alene kunne forsyne byer og tettsteder. Slike vannkraftressurser var også spredt ut over store deler av landet, slik at svært mange byer fikk egen kraftforsyning.
Med økende behov og teknologi kunne store vassdrag utnyttes og attpåtil slås sammen med andre vassdrag. Eksempler er Kvilldal kraftverk, Tonstad kraftverk og Aurland I kraftverk som hver har en årsproduksjon på over 2000 GWh. I dag er det omtrent bare Østlandet ved Oslo som har underskudd på vannkraft, mens spesielt fjordområdene på Vestlandet har stort overskudd. Siden avstanden mellom disse områdene gjerne ikke er lengre enn 200–400 km, er overføringskostnadene av elektrisk kraft lave.

Utnyttelse for størst mulig kraftproduksjon

De ulike regionenes, og vassdragenes vannkraftpotensial betegner hvor mye kraftproduksjon en kan  hente ut ved «full» utbygging. Dette kan beregnes matematisk som teoretisk potensial, det vil si største tenkelige produsert mengde vannkraft utfra vassdragenes vannmengder og fallhøyde, i tråd med fysikkens lover. Mer interessant er vannkraftens tekniske potensial, det vil si den potensielle produksjonen en kan oppnå om det også tas hensyn til ingeniørmessige begrensninger, begrensninger i plasseringen av produksjonsanleggene, begrensninger i nedbørsmengder, virkningsgrad, og andre faktorer. Endelig er det mulig å beregne vannkraftens økonomiske potensial, som også tar hensyn til geologiske, miljømessige, og markedsmessige begrensninger.
Det er vesentlig for en kraftregulering å både få nyttiggjort så stor vannmengde som mulig,  samtidig ønsker en å legge inntaket og kraftstasjonen slik at fallhøyden blir stor. Kraftutbyggeren er derfor interessert i å få tilgang til mest mulig av det aktuelle nedbørfeltet. Best mulig utnyttelse av et vassdrag til kraftproduksjon må balansere disse to størrelsene. En løsning kan være å plassere flere kraftverk etter hverandre langs vassdraget, slik Tafjord Kraft har gjort det langs Tafjord-vassdraget og Kraftverkene i Orkla langs Orklavassdraget.
Jevnest mulig energiproduksjon gir best utnyttelse av den investerte kapital. Vannføringen i et vassdrag varierer med årstidene, og vil også være avhengig av hvordan vann lagres i snø og jordsmonn. Et nedbørfelt som ligger i høyfjellet, som er lite og bratt, eller inneholder mye stein og grus, vil resultere i en typisk flomelv. Derimot vil en elv fra et stort flatt områder med store innsjøer, myrer og dypt jordsmonn gi jevnere vannføring, ofte er det tilfelle på Østlandet.
En demning danner en kunstig innsjø og om det er mulig å variere vannvolumet kalles dette for et reguleringsmagasin. I et slikt magasin kan vann lagres og tappes kontrollert ned til kraftstasjonen. Typisk vil magasinene fylles opp i perioder med mye nedbør. Vanligvis fylles norske magasiner både om høsten og sent på våren ved snøsmelting. Tapping av reguleringsdammen skjer i perioder med stort energibehov, som typisk er om vinteren, samtidig er det normalt lite tilsig om vinteren. Reguleringsmagasinene er energilagre i det elektriske kraftsystemet. Det øverste tillatte vannivået kalles høyeste regulerte vannstand (HRV) og nederst nivå kalles lavest regulert vannstand (LRV).
I Norge er Storglomvassdammen i Meløy kommune i Nordland fylke den største reguleringsdammen med et reguleringsvolum på 3,5 milliarder m³.
Ofte etableres dammer der det fra før er innsjøer. Det er også tilfeller der dammen bygges på et sted der det aldri har eksistert noen innsjø, som Nesjøen i Tydal i Sør-Trøndelag.
Vannkraft har svært store investeringskostnader, men gir langvarige inntekter. De løpende kostnadene til drift av et vannkraftverk er meget små i forhold til inntektene av energisalg. Levetiden for et vannkraftanlegg er også meget lang, og en stor del av de eldste vannkraftverkene som er bygget i Norge er fremdeles i drift. Eksempler er Glomfjord kraftverk i Nordland fylke og Såheim kraftverk i Telemark fylke.
I 2017 ble forskningssenteret HydroCen åpnet i Trondheim.

Behov for store dammer og kraftoverføringer

Vinteren kan i fjellet kan vare i seks måneder, alt etter høyde, og i denne perioden kommer all nedbør som snø. Snøsmeltingen varer i to til tre måneder, fra mai til juli, der vårflommene ofte er på sitt sterkeste i juli når snøsmeltingen også når opp i høyfjellet. Avløpet er minimalt fra desember til mars, selv om det aldri blir helt borte.
Forbruket av elektrisk energi følger en nesten motsatt syklus, med størst behov på vinteren. Nesten 60 % av kraftforbruket finner sted i vinterhalvåret, derfor må det meste av energien skaffes fra magasiner.
Norges elektrisitetsforsyning er basert nesten bare på vannkraft og det er behov for magasiner som kan levere kraft i perioder med stort behov, med lite tilsig, for eksempel under en kald vinter. Det kan også være behov for å magasinere vann over flere år, for eksempel hvis et nedbørsfattig år følges av en kald vinter. Såkalte flerårsmagasiner kan tappes ned betraktelig ved stort behov og elektrisitetsknapphet unngås. Et eksempel på flerårsmagasin er Blåsjø som det tar tre år å fylle etter nedtapping. NVE har det overordnede ansvaret for forsyningssikkerheten, mens Statnett står for den løpende oppfølgingen. I praksis betyr det blant annet å etterse at magasinfyllingen er akseptable i forhold til forventet forbruk. Utbygging av nye kraftlinjer, eller oppgradering av eksisterende høyspentledninger til høyere spenningsnivå, er andre tiltak.
Fordi nedbør og elektrisitetsbehov kan variere mellom regioner vil det være behov for å overføre strøm over store avstander. Dette krever kraftlinjer med stor kapasitet som kan overføre elektrisitet fra områder med overskudd (stor magasinfylling) til områder med liten magasinfylling og/eller begrensede vannkraftressurser. For eksempel kan Møre og Romsdal i perioder ha stort underskudd av elektrisitet på grunn av kraftkrevende industri og liten magasinfylling, mens andre områder av landet kan samtidig ha stort overskudd.

Bekkeinntak og takrennetunnel

For å få størst mulig nedbørfelt og stort vanntilsig til kraftverket eller et system av flere kraftverk, blir såkalte «takrenne-tunneler» bygget. Dette er lange tunneler som henter vann fra bekker, elver, isbreer eller innsjøer i eget eller tilhørende nabovassdrag. Ofte fører takrenne-tunnelene vannet direkte til inntaksdammen som har tilknytning til kraftverket. Andre ganger kan det være snakk om å overføre vann fra andre siden av et fjell og så la vattet renne i en naturlig elv ned til inntaksdammen.
Takrenne-tunneler i forbindelse med Svartisen kraftverk, har flere lange tunneler med en samlet lengde er flere mil. Det vestlige tunnelsystemet henter vann fra 40 bekker og vannet føres ikke til inntaksdammen, men direkte inn i tilløpstunnelen. Det østlige tunnelsystemet ble drevet av fire fullprofil  tunnelboremaskiner.
Bekkeinntak er et inntak for bekker og elver ned til en takrenne-tunnel. Noen ganger kan det være så enkelt som et hull rett ned i en tunnel i bunnen av en bekk. Mer vanlig er det at det bygges en demning og vannet ledes over en nesten horisontal rist av stålstaver. Dette for at kvister og andre større gjenstander skal fanges opp og rulle nedover risten, mens vannet renner rett ned og inn i tunnelen.
Ved byggingen av Aura kraftverk i 1953 ble begrepet takrennesystem benyttet første gang i Norge. Kraftverket utnytter Holbuvatnet som inntaksdam, og har Aursjøen og Osbuvatn flere kilometer lenger sør som sine største reguleringsdammer med overføringstunneler imellom. I tillegg er det en takrennetunnel på 14 km som henter vann fra en rekke bekker i fjellområdene vest for Aursjøen. Tokke kraftverk ble startet på slutten av 1950-årene og her var det også en helhetlig og samlet vassdragsregulering av et stort nedbørområde. Et eksempel på en lang vanntunnel, er den rundt 34 km lange driftstunnelen fra Askjellsdalsvatnet til Evanger kraftverk. Ved byggingen var dette verdens lengste vanntunnel.
I forbindelse med Ulla-Førreverkene ble det bygget takrenne-tunnel som ligger på lavere nivå enn inntaksdammen til kraftverket. For å få dette vannet opp til inntaksdammen benyttes et pumpekraftverk.

Kompliserte reguleringer

Kraftverk er ofte plassert rett ved vassdraget som er regulert, slik at vannet strømmer tilbake i elven etter å ha gått gjennom turbinen. Mellom inntaksmagasinet og kraftverket blir det derfor lite vann i elven, dette kalles restvannføring, men det kan også skje at elven blir helt tørrlagt. Konsesjonen som er gitt for utbyggingen gir bestemmelser for dette. Ikke sjeldent er det strenge krav til minimumsvannføring. Nærliggende vann kan også bli oppdemt og vannet overført i tunneler til inntaksmagasinet. Vann fra nabovassdrag kan også overføres i lange tunneler for å utnyttes i en fjern kraftstasjon. Ved bekkeinntak renner vann fra mindre elver rett ned i en kanal for å bli overført til et magasin. Slike kraftutbygginger kan være svært omfattende med tunneler på mange kilometer. Aurland kraftverk og Svartisen kraftverk er norske eksempler på dette. Aller enklest kraftutbygginger er det når kraftverket og inntaksdammen er i samme konstruksjon eller står svært nært hverandre, slik det er vanlig i elvekraftverk. Et eksempel er Alta kraftverk i Finnmark.

Drift og energiplanlegging i det nordiske kraftsystemet

Ved driftsplanleggingen i det liberaliserte nordiske kraftmarkedet, som det norske kraftsystemet er den del av, er det kjøpere og selgere av elektrisk energi som planlegger produksjonen. Hvert kraftselskap planlegger hvor mye kraftverkene skal produsere time for time. Dette innebærer også at noen kraftverk stanses, for eksempel fordi magasinene er tomme, en vil spare vannet til en tid med høyere pris eller for å få utført nødvendig vedlikehold. På den annen side kan det være et sjansespill å vente for lenge med å produsere kraft, kanskje må en aktør selge sin vannkraft billig for å unngå at magasinene renne over. Om magasinene virkelig renner over går vannet til spille, uten noen inntekter.
I markedet for krafthandel skjer handelen dagen i forvegen. Noe selges og kjøpes på langtidskontrakter, kanskje flere år i forvegen, men mye avgjøres på korte tidsperspektiver. Denne produksjonsplanleggingen kan ikke treffe helt presist: Det kan bli varmere eller kaldere vær slik at husholdningene bruker mer eller mindre energi enn forutsatt. Videre kan smelteverk og annen kraftintensiv industri måtte stanses uforutsett. Det kan også oppstå utfall av kraftlinjer, transformatorer eller aggregater får feil og må stanses. Statnett har til oppgave å sørge for den endelige balansen, og er systemansvarlig i Norge.
Det må altså være balanse mellom produksjon og forbruk, og i stor grad skjer dette automatisk av regulatorer. For å utligne ubalanser mellom forbruk og produksjon av elektrisk kraft, må det finnes reserver i kraftproduksjonssystemet som kan aktiveres. Dette kan for eksempel være kraftstasjoner som ikke er i drift, men som på kort varsel kan startes for kortere eller lengre tid. Dette omtales som regulerkraft. Denne energien omsettes i et nordisk regulerkraftmarked. Responstiden for å aktivere disse reservene er opptil 15 minutter i Norge.

Kraftutveksling mellom Norge og land utenfor Norden

I 1977 ble det lagt en høyspent sjøkabel mellom Norge og Danmark (Cross-Skagerrak). Senere har flere kabler blitt etablert mot utlandet, og en fjerde ble satt i drift i desember 2014. Dette øket overføringskapasiteten fra 1000 MW til 1700 MW. NorNed er en annen sjøkabelforbindelse, som ble tatt i bruk i 2008 mellom Norge og Nederland. Denne har en kapasitet på 700 MW.
NordLink er en sjøkabelforbindelse under planlegging mellom Norge og Tyskland. Den er planlagt med en kapasitet på 1400 MW og skal være i kommersiell drift i 2020. Enda en forbindelse under planlegging er North Sea Network, som skal gå mellom Norge og Storbritannia. Denne vil også få en kapasitet på 1400 MW. Med disse to kablene vil eksportkapasiteten til utlandet økes med 50 % fra nivået i 2014. Det forventes at vannkraft vil erstatte fossile energikilder i Europa, men også bidra til verdiskapning i Norge.
Norges vannkraftbaserte kraftsystem med sin store magasinkapasitet er spesielt interessant for kraftutveksling med naboland med termiske kraftsystemer, det vil si stort innslag av dampkraftverk. En grunn er at vannkraftverkene har evne til hurtig å endre produksjonen, mens kraftstasjoner med dampturbiner ikke kan endre sitt effektpådrag like hurtig. Dette er en ulempe når forbruket gjennom døgnet endrer seg, spesielt om forbruket har en kortvarig topp eller reduseres hurtig. En tilknytting til det norske systemet vil derfor kunne bidra med effekt når behovet i disse landene øker og minker. En annen grunn til at kraftkablene er gunstige er de store årvisse variasjonene som kan oppstå i det norske kraftsystemet: I år med mye nedbør vil en ha større innenlandsk produksjon enn forbruk av energi. Dette medfører mulighet for eksport fra Norge. I år med lavt tilsig og høyt forbruk, for eksempel under en kald vinter, vil Norge derimot være avhengig av import fra nabolandene.
Sjøkabelforbindelse til Tyskland skal først og fremst skaffe balansekraft, forbindelsen til Nederland og den fremtidige til Storbritannia vil på sikt også dekke et slikt behov. Utveksling av balansekraft innebærer hurtig endring av effektoverføring for å balansere variabelt behov eller produksjon. Spesielt vindmøller og solenergi har behov for slik balansering, da produksjonen endrer seg med vær og vind. Norge blir av den grunn kalt «Europas grønne batteri».

Miljøkonsekvenser av vannkraftutbygging i Norge

Norge har en mangfoldig vassdragsnatur med høye fosser, stryk og innsjøer. Vassdragene består ofte av mange små innsjøer, sideelver og bekker. Nesten alle de store vassdragene starter i høyfjellet, og norske elver er derfor preget av fosser og stryk. 10 av verdens 27 høyeste fosser finnes i Norge. I alt 15 av Norges 20 høyeste fossefall er regulert til vannkraftproduksjon. Om lag 70 % av Norges vassdrag er berørt av kraftutbygging. Det gjelder også de fleste av de største laksevassdrag. Om lag 5 % av arealet i Norge er dekket av ferskvann og det finnes rundt en halv million innsjøer og vann av ulik størrelse. Et område som tilsvarer mer enn halvparten av det totale vannarealet er neddemmet. Vel 17 % av elvestrekningene og over 30 % av innsjøarealene kan ha fått endret sin økologiske tilstand vesentlig på grunn av kraftregulering.
Konsekvensen av reguleringen for fisket i elvene har fått særlig oppmerksomhet. I vassdrag som er regulert kan demninger og kraftverk være et fysisk stengsel, dessuten kan endret vannføring endre forholdene for fisken vesentlig. I anadrome vassdrag, altså vassdrag med fisk som vender tilbake for å gyte, kan dette få store konsekvenser for den lokale  laksebestanden.
Ved oppdemning av et landområde eller en dal vil landområder bli ubrukelige for de aktivitetene som tidligere var mulig. Alta kraftverk er et eksempel på dette. Se bilde til høyre som gir et inntrykk av dette.

Nedbryting av organisk materiale ved første gangs oppdemming

Når tidligere vegetasjon demmes opp blir det mye plantenæringsstoffer som planteplankton som svever i vannet kan nyttiggjøre seg. Dette gir igjen næring for dyreplankton som øker i mengde og igjen er mat for små kreps og andre vanndyr. For fisken i dammen kan dette bety mye føde og fiskebestanden kan komme til å øke. Under oppdemning av Pålsbufjorden ble dette fenomenet observert. Etter noen år er denne effekten over.
Ved første gangs oppdemning vil skog og annen biomasse bli satt under vann, om det ikke hugges vekk før vannfyllingen. Biomasse vil kreve oksygen ved nedbryting og i en slik kunstig innsjø vil det bli underskudd på oksygen og kjemiske prosesser som danner dihydrogensulfid (H₂S) kan starte.

Vannstandsvariasjon i reguleringsdammer

I en naturlig innsjø er vannstandsvariasjonene ofte små. I de grunne områdene nært land vokser det bunnplanter, og bunndyr trives her hvor de både finner skjul og mat. Disse er igjen mat for fiskene. Innsjøer med mye fisk har gjerne denne typen soner, som går ned til rundt seks meters dyp. Med regulering av dammer blir området mellom HRV og LRV lagt tørre, noe som gjør at disse bunnplantene forsvinner. Etter flere år med erosjon fra bølger og is, vil det bli omfattende påvirkning slik at også jordsmonnet vaskes vekk. Da vil det etter flere år bare være stein og glatte berg igjen. Aursjøen mellom fylkene Oppland og Møre og Romsdal og Storevatn i Lom er eksempler på dette. I slike tilfeller vil det ikke lenger være forhold for rotfaste bunnplanter og næringsgrunnlaget for fisk blir dårlige. For fugler og andre dyr som spiser bunndyr kan tilstanden i en slik regulert innsjø bety at de forsvinner fra området. Imidlertid kan det oppstå gunstige forhold for bunnplanter nedenfor LRV i tilfeller der reguleringssonen ikke er for stor. Dette avhenger av at det kommer nok lys ned til bunnplanet den tiden vannstanden er høy.
I tilfeller der reguleringen bare er opptil tre meter kan det bli bedre forhold for bunnplaneter. Spesielt i langgrunne partier kan vegetasjonen være intakt og noen ganger øke. I slike tilfeller kan artsrikdommen være stor, med mange planter og bunndyr. Reguleringssonen fører til blottlagte områder som utsettes for kulde om vinteren. Dermed kan en innsjø bli mer lik arktiske forhold. Bunnfaunaen skifter karakter, slik at en får mer av de bunndyrene som er typiske lenger nord. Skjoldkreps kan dermed komme til å trives, denne er mat for ørret og populasjonen av denne kan få fortsatt gode forhold etter en regulering. Mårvatn på Hardangervidda er eksempel på dette. Generelt skjer det en dreining mot planktonetende fisk som sik og røye i en regulert innsjø, men ørret kan gå over til planteplankton slik at denne også kan være til stede. Er det derimot en stor populasjon av planktonspisende fisk, kan det bli for lite næring for ørret og denne bestanden reduseres.

Isforholdene i reguleringsdammen

Ved nedtapping om vinteren vil isen legge seg opp på reguleringssonen og sprekke. Dette fører til bratte isflak med sprekker ned mot området med islagt vann. Ved økt vannstand senere på vinteren, for eksempel med overføring av vann fra en annen regulert innsjø, kan det bli overvann (vann oppå isen). Slike forhold kan være farlige både for mennesker (skiløpere) og dyr ved fall ned i dype sprekker, eller at overvannet forhindrer ferdsel.

Demningen blir et fysisk stengsel

I anadrome vassdrag blir demningen et stengsel som i forskjellig grad hindrer fisken i å svømme opp i elven for å gyte. Ørret som naturlig holdt til i innsjøen kan få motsatt problemet ved at den vandrer nedover elven for å gyte, noe som demningen forhindrer. Laksetrapper kan være til hjelp for dette, se avsnitt nedenfor.

Temperatur og isforhold

Ofte vil en regulering av en elv føre til at vannet som kommer ut fra kraftstasjonen har en høyere temperatur enn det som er naturlig i elven. Grunnen er at vannet til kraftstasjonen tappes ut langt nede i et magasin der temperaturen kan være forskjellig fra temperaturen i de øvre vannlagene. Det naturlige utløpet vil alltid være fra det øverste vannlaget i innsjøen. Vannet i elven vil normalt ha en temperatur på rundt 0 °C om vinteren, så det er ikke snakk om en stor temperaturøkning. Allikevel påvirker dette insekter, bunndyr og fisk, som har egg og larver som har sin naturlige hvileperiode om vinteren. Insekter kan starte å klekkes tidligere når deres livssyklus endres. Når så utviklede insekter kommer opp i kald vinterluft dør de. For laks og øret kan den økte temperaturen føre til endret tidspunkt for gyting. Slike arter er tilpasset den historiske syklusens i elven og har utviklet seg siden istiden for 10 000 år siden. Endringen fører til uheldige livsbetingelser.
De vanligste effekter i norske vassdrag er redusert sommervannføring, redusert sommertemperatur, økt vintervannføring og økt vanntemperatur om vinteren. Nedsatt sommertemperatur i en elv kan også skje av samme årsaker som nevnt over. Dette vil på den annen side føre til redusert vekst for både bunndyr og fisk. Normal begynner laksungene i en norsk elv å vokse om våren med en temperatur på rundt 7 °C, og ved 16–17 °C vokser de raskest. Blir temperaturen lavere en dette påvirker det veksten mye. Generelt er veksten for fisk som skal vokse opp avhengig av både temperatur og tid. Reduseres dette produktet, av temperatur og tid, blir kullene mindre. I elver med lav vannføring om sommeren kan veksten for fisk og bunndyr øke, spesielt om det er laget terskler (små demninger som danner vanndammer). I slike tilfeller blir det gunstige forhold for ungfisken. Problemet blir gjerne at laksen får problemer med å svømme opp i elven for å gyte, fordi tersklene danner hindre. Noen regulerte elver kan få endringer av temperaturen over kort tid, for eksempel når kaldt vann fra breer slippes gjennom kraftverket. Igjen kan naturlige sykluser for livet i elven bli påvirket i negativ retning.
I Altaelva er fiskens fettreserver i området nedenfor utløpet av kraftverket meget små, og på grensen av det som er mulig å overleve på om våren. Dette kan ha sammenheng med forhøyet vanntemperatur om vinteren. Dermed blir fisken mer aktiv, uten at fisken klarer å kompensere økt fysiologisk aktivitet gjennom økt næringsinntak. Foruten at dette fører til økt dødelighet av ungfisk i elven, er det også sannsynlig at smolt som klarer å vandre ut, vil ha reduserte muligheter til å overleve overgangen til sjøvann. Det er også indikasjoner på at presmolt som utsettes for moderat forsuring i ferskvannsfasen, får ekstra dødelighet når smolten vandrer ut i sjøen. Generelt er temperaturendringer som skjer i et regulert vassdrag i Norge av mange sett på som en av de viktigste faktorene for endringer i bunndyrfaunaen.

Redusert vannføring og mindre flom

Hensikten med reguleringen av vassdraget er å få kontroll på den totale vannmengden slik at kraftproduksjonen skjer i de ønskede periodene av året. Vanligvis er vårflommen og høstflommen årvise perioder med normalt meget høy vannføring i en elv. Etter en kraftverksutbygging blir det ofte mer vannføring sommer og vinter, men flommene blir mindre. Med mindre vanndekkede områder i elven ved minstevannføring reduseres bunnvegetasjon og dermed også mengden bunndyr, som igjen gir mindre fisk. Et annet fenomen er at sedimenter avsettes i større grad når vannstrømningen blir lavere og flommene færre. Dette har gitt både positive og negative konsekvenser. Laksen kommer for å gyte ved stor vannføring og trenger vann for å svømme oppover elven, ved redusert vannføring kommer den seg ikke til gyteplassene. For øvrig er det tilfeller med betydelig økt bestand på grunn av endret vannføring.
Der elven strømmer over grunne områder vil det om vinteren kunne bli isdannelse som dekker elven og is som skurer på elvebunnen. Konsekvensen er at bunnvegetasjonen ikke får etablert seg. I andre tilfeller blir vannføringen større og mer stabil om vinteren, noe som gir økt bunnvegetasjon. Dermed kan forholdene bli bedre for bunndyr og fiske. Orkla i Trøndelag (tidligere i Sør-Trøndelag er et eksempel som viser at moderat utvikling av bunnvegetasjon er fordelaktig. Større vanndekkede områder av elvebunnen kan føre til bedre forhold for smolt og bedre ressursgrunnlag for fisk. Økt vannføring om vinteren i Suldalslågen er et eksempel på negative konsekvenser av økt vintervannføring, fordi vegetasjonen i elven ble vasket vekk. Dette førte i neste omgang til mindre bunndyr.
Det er fare for at endret vannføring påvirker sammensetningen av stein og grus i elvebunnen, altså det som kalles substrat når det danner livsområde for organismer og dyr. Et heterogent bunnsubstrat er positivt fordi det gir mange hullrom av forskjellig størrelse i bunnen. Kornfordelingen i substratet er bestemt av vannføring/vannhastighet. På sikt vil derfor en vassdragsregulering påvirke kornfordelingen og substratets beskaffenhet. Bunndyrene kan tilpasse seg endringene i substratet. For laksunger kan dette bety at kvaliteten på næringen endres. Siden årsyngel av laks og eldre laksunger spiser forskjellig bytte, kan endringene i næringen være positiv eller negativ for laksungene avhengig av deres livsstadium. Småkortet substrat favoriserer små livsformer, mens større dyr får færre tilholdsteder.
Mindre utspyling av organisk materiale, som er næring for bunndyr, gir planterestspisere et bedre næringsgrunnlag. I tillegg vil temperaturen kunne øke noe. Økning både i temperatur og organisk materiale vil virke positivt på bunndyrproduksjonen. I elver med redusert vannføring er faren for «skadeflom» med betydelig utspyling av både organisk og uorganisk materiale redusert.
Ved vannkraftreguleringer i Norge vil elvene gjerne stykkes opp ved at det bygges demninger flere steder og vann overføres mellom vassdragene. Det som er igjen av en elv i en dalbunn kan ofte være sterkt redusert. Dermed er det skapt et nytt, men mindre vassdrag. Biologisk vil det nye vassdraget være ulikt det opprinnelige siden dynamikken i det opprinnelige vassdraget har blitt endret på mange punkter ved regulering. Eksempelvis vil betydningen av innsjøenes produksjon av biomasse for vanndyrene som lever av mikroorganismer nedstrøms bli svekket eller ødelagt. Dette skjedde for eksempel i Aurland nedenfor Vassbygdevatnet etter at Vangen kraftverk ble bygd. Regulerte vassdrag hvor anadrome elvestrekninger har mistet mye av nedslagsfeltet, inkludert innsjøer, kan derfor få et nytt og langt lavere biologisk produksjonspotensial i tråd med sammenhengen mellom nedslagsfeltets størrelse og avkastning per elvestrekning. Opprinnelig produksjon av laksunger kan derfor bli mindre siden bæreevnen er endret.
På den annen side kan mindre flom i vassdraget føre til mindre konsekvenser for bebyggelse, infrastruktur og dyrket mark. Dette er tilfelle i Gudbrandsdalslågen der konsekvensene av flom kan dempes med tapping av magasiner før vårflommen kommer.

Hurtige varierende vannføring

Der vannføringen i et vassdrag hurtig reduseres kan områder langs elvebredden hurtig bli tørrlagte og fisken greier ikke å følge med. Dette fører til redusert fiskebestand. Hurtig økt vannføring kan være spesielt ugunstig fordi smolt tas med vannstrømmene og føres vekk. I Altaelva ble det gjennomført et forsøk med stranding av laksunger i april 1992. En reduksjon i vannføringen fra 33 til 20 m³ /sek over en periode på 1,5 time førte til at minst 1–1,5 fisk/m² strandet. Før dette forsøket hadde det også vært flere brå endringer i vannføringen.
I de senere årene har det blitt mer vanlig med såkalt effektregulering i regulerte vassdrag. Det innebærer at energiproduksjonen økes på tider av døgnet der kraftprisen er høy. En konsekvens av dette er hurtig økende vannføring i elven nedenfor kraftverket. På grunn av dette kan sedimenter virvles opp i vannet. Denne fører videre til økt erosjon, men etter en tid vil sedimentene vaskes vekk og problemet avtar. En annen uheldig effekt som oppstår i perioder med redusert vannstand i elven er at grunnvannet innenfor strandsonen kan komme over vannspeilet. Grunnvannet i massene langs elven vil ha overtrykk, og strømmer ut. Utslag av grunnvann vil da kunne føre med seg sedimentene i strandsonen. Dette fører til erosjon langs bredden i tillegg til at løsmasser transporteres videre i elvevannet.

Påvirkning av vannkvaliteten

Elver som renner gjennom befolkede områder er gjerne resipient for jordbruksavrenning, kloakk og annen forurensing, og i spesielle tilfeller tungmetaller fra gruvevirksomhet. Ved perioder med lav vannføring blir konsentrasjonen av denne forurensningen større og kan virke sjenerende, for eksempel ved at bakterieinnholdet vil øke. Kombinasjonen av mindre bunnareal og økt konsentrasjon av forurensning kan være sterkt skadelig for bunndyr, vekster og fisk. Generelt kan redusert flom i en elv føre til mindre utspyling av forurensing som har hopet seg opp.
Et annet kjemisk fenomen er luftovermetning. Over et visst nivå har dette dødelige konsekvenser for fisk. Det forekommer når luft blir sugd inn i inntaket til kraftverket. Denne luften blir blandet med vann som er under trykk i tunnelen ned mot turbinene i kraftverket. Når trykket øker, løses luften opp i vannet. Ved hurtig trykkfall etter at vannet forlater turbinene, oppstår det overmetning av oppløst luft i vannet. Dette kan sammenlignes med en flaske med brus der karbondioksid er oppløst i væsken. Fenomenet som skjer i turbinen er noe av det samme som skjer ved å riste på flaske og så åpne korken, da vil store mengder bobler strømme ut av flasken. Nitrogen er hovedbestanddelen i luft, og alle organismer som puster i vann som er luftovermettet, vil få gassblæresjuke fordi de ikke klarer å bli kvitt nitrogenet i vannet. Dødelighet av laks som følge av luftovermetning fra kraftverk er påvist i Nidelva ved Arendal, flere steder på Vestlandet, og i Driva i Møre og Romsdal. I Tafjorden måtte et oppdrettsanlegg flyttes lengre vekk fra kraftstasjonen Tafjord 4 for å unngå fiskedød. Luftovermetning kan vanligvis begrenses ved tiltak i inntakssystemet til kraftverk som forhindrer at luft suges inn.

Endrede forhold i fjorder med regulerte vassdrag

De hydrologiske forholdene i vassdragene påvirker også forholdene i sjøområdene utenfor. Norske fjorder er om våren og forsommeren påvirket av ferskvannstilførsel fra vassdrag, spesielt inne i fjordene er dette merkbart. Saltholdighet, strømforhold, tykkelse på brakkvannsslaget og temperatur er de faktorer som er mest påvirket. Dersom en betydelig del av ferskvannstilsiget magasineres, vil det påvirke disse faktorene. Smolten som kommer ut i sjøen på denne tiden av året, vil derfor møte andre forhold enn det som var opprinnelig. Dersom det er høgere saltholdighet, vil dette kunne skape osmotiske problemer for laksesmolten. Videre er det vist at smolten følger strømmene under utvandringen i fjordsystem. Dersom strømmene blir redusert som følge av redusert ferskvannstilførsel, betyr dette redusert utvandringshastighet for smolten. Dette vil igjen bety økt predasjon og muligheter for økt påslag av lakselus. Problemer knyttet til effektene av reguleringer utenfor vassdragene, har hittil vært lite påaktet.
Et annet forhold som har betydning for menneskers og dyrs ferdsel er svekket istykkelse i innsjøer eller fjorder der regulerte vassdrag har sitt utløp. På grunn av endrede og større vannstrømmer om vinteren vil isen kunne bli svak. Der det før var mulig å gå på isen vil dette kunne bli farlig.

Redusert fossesprøyt

I elver med fosser vil reguleringen gjøre disse mindre, dette gir mindre fossesprøyt. Fossesprøyt draes med vinden over større områder og gir fuktighet for spesielle planter og mosser. Redusert fossesprøyt redusere mengden av planter som kvann, kildemjølke og bekkesildre.

Konsekvenser for biologisk mangfold

Nasjonal rødliste er en liste med de organismer og dyr som står i fare for å utryddes. Totalt 267 arter med tilknytning til innsjøer, elver og bekker, 275 arter med tilknytning til våtmarker og 216 arter i flomsonen står på rødlista som truet eller nær truet. Flere av artene er tilknyttet både ferskvann og våtmarker. Vannkraftutbygging øker risikoen for at en del arter vil kunne dø ut. Omfattende regulering av fosselandskap kan forringe eller ødelegge biotopene til erler og fossekall.

Svekket opplevelsesverdi av landskapet og reduserte kulturverdier

En vannkraftutbygging føre ofte til redusert vannføring i elvene, og tørre elvebunner. Fosser og stryk kan forsvinne eller bli redusert, og spesielt kan reguleringssoner i dammer oppfattes som svært skjemmende. Estetisk er reguleringssoner et problem, spesielt der jordsmonnet vaskes ut og bare stein og grus blir igjen. I innsjøer i høyfjellet er dette et mindre problem siden det uansett bare er svaberg og stein i strandsonen. Bygging av veier og kraftledninger, samt deponier fra stein som tas ut for vanntunneler kommer i tillegg til dette.
Fiskebestanden vil ved de fleste vannkraftutbygginger bli negativt påvirket, noe som kan påvirke populære fritidsaktivitet som fiske i elver og innsjøer, spesielt sjøørret- og laksefiske. For reiselivsnæringen vil ofte vannkraftutbygging få negative konsekvenser. I noen tilfeller kan kulturminner bli skadet eller forsvinne under vann ved oppdemning. På grunn av de skader som vannkraftutbygging fører til ble det i 1999 laget en utredning (NOU 1999: 9) for Miljøverndepartementet for å se på skadene spesielt for laksefisket.

Tiltak for å redusere konsekvensene av vannkraft

Det settes ut smolt og tidligere ble det eksperimentert med næringsdyr for fisk. Eksempler på næringsdyr som er forsøkt satt ut er istidskreps, mysis, og skjoldkreps. Det er også forsøkt å sette ut rovfisk for å ta små planktonspisende fisk som er en konkurrent i næringsveien for de fiskene som er interessante for sportsfiskere. I elver er etablering av terskler, det vil si lave demninger i betong, benyttet for å få kunstige vannspeil ved lav vannføring. Estetisk forbedrer dette inntrykket av elven, selv ved lav vannføring. Det oppstår gjerne mange bunndyr i slike dammer, dette fordi det oppstår høye vanntemperaturer og biologisk materiale farer ikke bort med strømmen. Dermed blir det mye mat for fisken. Laksetrapper er også et mye brukt tiltak. Steinsetting av bunn og kanter har også blitt utført i en del regulerte vassdrag.
Eldre kraftverk har som regel få restriksjoner på driften av hensyn til laks. I slike tilfeller forekommer ofte hyppige og store vannføringsendinger. I nyere utbygginger (for eksempel Alta og Orkla) er det i økende grad tatt hensyn til laksen når manøvreringsreglement er blitt fastsatt. Krav til minstevannføring og bestemmelser om stabilitet i vannføring har avgjørende konsekvenser for virkning på laks i regulerte vassdrag. Undersøkelser i Orkla har vist at ved å øke minstevannføringen om vinteren i størrelsesorden fem ganger, så har produksjonen av smolt økt med opptil 80 %. I dag er ofte det viktigste tiltaket for å avbøte miljøpåvirkninger krav til minstevannføring og restriksjoner på reguleringshøyden i dammer, samt utsettinger, fisketrapper, terskler.
For å spare verdifull vassdragsnatur, vedtok Stortinget våren 2001 å si nei til store nye prosjekter der en griper inn i urørt natur som er viktig for miljøet. I de nærmeste årene skal myndighetene gjennomgå gamle reguleringstillatelser. Hovedmålet med dette er å bedre miljøforholdene i tidligere regulerte vassdrag. Her skal man ta hensyn til nye lover og regler som for eksempel den norske vannforskriften. Ifølge denne forskriften skal det lages forvaltningsplaner som beskriver hva som skal gjøres for å ta vare på naturen på best mulig måte. Det er NVE som skal samordne dette arbeidet nasjonalt.
For tiden (2014) er det 800 søknader om utbygging av vannkraft i Norge. Noen få av disse er relativt store kraftverk, men de fleste er småkraftverk. De mest kontroversielle utbyggingen er ifølge Aftenposten og Naturvernforbundet: Ullsfjorden/Lyngen i Troms, Vasja i Nordland, Trongsfoss i Nord-Trøndelag, Garbergselva i Sør-Trøndelag, Einunna i Hedemark, Gjengedalsvassdraget og Vigdøla i Sogn og Fjordane, Nedre Otta i Oppland, Godfarfossen i Buskerud, Øystesevassdraget i Hordaland, Daleelva og Lysefjorden i Rogaland. Det var etter at det ble åpnet for grønne sertifikater at en subsidiering gjør mange små prosjekter lønnsomme. Småkraftverkene har gjerne blitt sett på som lite problematiske, men det samlede omfanget blir av naturforkjempere ansett som problematisk.
Småkraftverkene medfører også tekniske inngrep i naturen. I en del områder er det stor tetthet av foreslåtte prosjekter, slik at mulige effekter ifølge NINA må vurderes på større geografisk skala enn hvert enkelt prosjekt isolert.

Arkitektur og kulturminner i kraftproduksjon

Kraftutbygginger og elektrisitet har representert store endringer i samfunnet og en enorm velstandsutvikling. I Norge og de fleste andre land startet denne utviklingen i 1880-årene og skjedde med stadig større fart utover på 1900-tallet. Kraftstasjonene som ble bygget i denne tidlige epoken ble sett på som det ypperste av avansert teknologi og vitenskapelig fremskritt. Vannkraften  skapte industriutvikling, arbeidsplasser og en enklere hverdag for folk flest. Noen av datidens beste arkitekter ble involvert for å utforme kraftstasjonenes eksteriør og interiør. Formgivningen viste kraftverkenes betydning og var viktige symbolbygg.
NVE fikk i 2006 ferdig et prosjekt kalt «Kulturminner i norsk kraftproduksjon» (KINK). Dette arbeidet ble igangsatt etter at den daværende regjeringen ønsket en styrking av den tekniske sektorens kulturminner.

Arkitekter som har formgitt kraftstasjoner i Norge

Arkitekten Thorvald Astrup (1876–1940) tegnet noen av de første store kraftverkene i Norge. Eksempler er Tyssedal kraftanlegg, Svelgfoss kraftverk, Bjølvo kraftverk og Såheim kraftverk. Det siste ble tegnet sammen med Olaf Nordhagen (1883–1925). Astrup stod for en monumental stil med bruk av nyklassisisme og senere funksjonalisme. Nordhagen er mest kjent som leder av restaureringen av Nidarosdomen, men han var arkitekt for flere større vannkraftverk, blant annet Vemork kraftverk, Follafoss kraftverk, Årlifoss kraftverk og Glomfjord kraftverk, samt det allerede nevnte Såheim kraftverk. Disse kraftverkene fikk et «katedralpreg» med høyreiste tårn og turbinhaller som enorme kirkeskip.
Da kraftstasjonene ble installasjoner i fjellhaller fra 1940-årene ble det slutt på symbolbygg. Tidens generelle tendens var nøkternhet og kraftverkene skulle nå tilfredsstille de rent tekniske krav. Arkitektene fikk imidlertid oppgaven med å utforme selve portalen eller portalbygget i forbindelse med tunnelen inn til kraftstasjonens fjellhall. Også maskinsalen er i mange tilfeller formgitt av arkitekter. Om fjellet har god kvalitet er veggene i maskinhallen ofte ubehandlet berg, noe som ble sett på som et radikalt grep rent estetisk da det første gang ble gjort. På grunn av fare for nedfall fra taket (henget) er det ofte en himling av betong her.
Geir Grung (1926–1989) var en modernistisk arkitekt som tegnet mange av etterkrigstidens store kraftverk som Mykstufoss kraftverk, Suldal I kraftverk, Suldal II kraftverk, Røldal kraftverk, Novle kraftverk, Tysso II kraftverk, Tonstad kraftverk og Tjørhom kraftverk. Han representerte en kraftfull ekspressiv modernisme med brutalismens kjennetegn. Kraftverkene i forbindelse med Suldal og Røldal er utnevnt av avisen Morgenbladet til å være blant etterkrigstidens 12 mest betydningsfulle byggverk i Norge.

Bevaringsverdige kraftverk i Norge

De kraftverkene i Norge som er utpekt til å være bevaringsverdige kulturminner er: Kuråsfoss kraftverk, Hammeren kraftverk, Kykkelsrud kraftverk, Dalsfoss kraftverk, Tysso I kraftverk, Oltedal kraftverk, Vemork, Bøylefoss kraftverk, Vamma kraftverk, Langerak kraftverk, Herlandsfoss kraftverk, Glomfjord kraftverk, Nomeland kraftverk, Rånåsfoss kraftverk, Hakavik kraftverk, Solbergfoss kraftverk, Nore I kraftverk, Sauda III kraftverk, Skjerka kraftverk, Nedre Fiskumfoss kraftverk, Hol I kraftverk, Nedre Vinstra kraftverk, Nea kraftverk, Skogfoss kraftverk, Braskereidfoss kraftverk, Alta kraftverk og Svartisen kraftverk. Disse kraftverkene skal til sammen gi en oversikt over vannkraftutbyggingen i Norge fra slutten av 1800-tallet og frem til i dag. De er et representativt utvalg teknisk og på andre måter, og er valgt ut i forbindelse med prosjektet «Kulturminner i norsk kraftproduksjon».