Турбина – двигатель с вращательным движением рабочего органа (ротора), преобразующий кинетическую энергию в механическую работу при помощи подводимого рабочего тела – воды. Струя рабочего тела воздействует на лопатки, закрепленные на окружности ротора, и приводит их в движение.

Первая гидравлическая турбина, а вернее модель турбины, была построена венгерским физиком и математиком Яношем Сегнером в 1750 г. К высокому вертикальному сосуду Сегнер припаял внизу две изогнутые в разные стороны трубки. Вода, налитая в сосуд, вытекала из трубок и силой отдачи - силой реакции - вращала сосуд. В школьных физических кабинетах и сейчас еще можно увидеть такую реактивную турбину: сегнерово колесо, с помощью которого демонстрируют принцип реактивного движения.

Сегнер теоретически обосновал работу своей турбины, а более глубоко разработал теорию реактивных турбин в 1751 г. петербургский математик, знаменитый Леонард Эйлер. Он изучил законы движения жидкости в турбинном колесе и разработал схему иной, чем у Сегнера, конструкции турбины.
Она должна была состоять из двух частей - направляющего аппарата (неподвижной круговой решетки, состоящей из лопаток и обеспечивающей необходимое направление потока жидкости) и вращающегося колеса с лопастями. И лопасти и лопатки плавно изогнуты, чтобы не мешать воде течь с максимально возможной скоростью. А текущая вода, как известно, обладает кинетической энергией. Ударяя в лопасти колеса, она отдает ему свою энергию и заставляет его вращаться.
Однако строить турбину Эйлер не стал: он был теоретик, а не механик-практик. Но его идея оказалась столь удачной, что подавляющее большинство турбин и поныне строится по схеме Эйлера. Первую такую турбину мощностью 4,5 кВт создал французский инженер Б. Фурнерон в 1827 г. Подобные турбины называют реактивными. Реактивные гидротурбины по направлению потока жидкости в рабочем колесе подразделяют на осевые и радиально-осевые.
Конструкция современной реактивной радиально-осевой гидравлической турбины такова. Лопатки направляющего аппарата охватывают колесо с лопастями. Пройдя направляющий аппарат, вода попадает на лопасти, движется по радиусу к оси колеса, а потом поворачивает и идет вдоль оси. Поэтому турбину и называют радиально-осевой. Чтобы регулировать расход воды и тем самым мощность машины, лопатки направляющего аппарата делают поворотными.
Наиболее крупные турбины такого типа на напор (т. е. высоту столба воды над колесом) от 30 до 500 м проектируют и строят в нашей стране. Для Красноярской ГЭС созданы турбины мощностью 508 МВт, для Саяно-Шушенской ГЭС - 650 МВт.
В 1920 г. австрийский инженер В. Каплан предложил другой тип реактивной турбины - осевую пропеллерную. Ее усовершенствовали другие инженеры, и она стала поворотно-лопастной (с поворотными лопастями). Она оказалась наиболее пригодной для сравнительно небольших напоров (от 3 до 80 м), т. е. для плотин, построенных на равнинных реках. Ее устройство изображено на рисунке 1. Вода, втекая через боковые щели, оказывает давление на лопасти турбины, заставляя их вращаться.

Обозначения рисунка 1: 1 – поток воды; 2 – вращающийся ротор; 3 – лопасти турбины.

Применяется для получения электрического тока на гидроэлектростанциях (ГЭС). Способ применения изображен на рисунке 2. Русло реки перекрывается плотиной (1) для поднятия уровня воды. Далее вода подается на турбину (2) заставляя вращаться ее ротор, который в свою очередь связан с электрогенератором (3), из которого уже электрическая энергия по ЛЭП передается потребителю.

Обозначения рисунка 2: 1 – плотина; 2 – турбина; 3 – электрогенератор; 4 - ЛЭП.

Является самой мощной гидроэлектростанцией (и вообще электростанцией) в России. Состав сооружений ГЭС:
* бетонная арочно-гравитационная плотина высотой 245 м, длиной 1066 м, шириной в основании — 110 м, шириной по гребню 25 м. Плотина включает левобережную глухую часть длиной 246,1 м, станционную часть длиной 331,8 м, водосливную часть длиной 189,6 м и правобережную глухую часть длиной 298,5 м.
* приплотинное здание ГЭС
* строящийся береговой водосброс
Мощность ГЭС — 6400 МВт, среднегодовая выработка 23,5 млрд кВт·ч. В 2006 году из-за крупного летнего паводка электростанция выработала 26,8 млрд кВт·ч электроэнергии.
В здании ГЭС размещено 10 радиально-осевых гидроагрегатов мощностью по 640 МВт, работающих при расчетном напоре 194 м. Максимальный статический напор на плотину — 220 м. Плотина ГЭС уникальна, аналогичный тип плотины в России имеет еще только одна ГЭС — Гергебильская, но она значительно меньше.
Ниже Саяно-Шушенской ГЭС расположен её контррегулятор — Майнская ГЭС мощностью 321 МВт, организационно входящая в состав Саяно-Шушенской ГЭС.
Плотина ГЭС образует крупное Саяно-Шушенское водохранилище полным объемом 31,34 куб. км (полезный объём — 15,34 куб. км) и площадью 621 кв. км. Постоянно обновляющаяся вода с пристанционной части гигантского резервуара по качеству превосходит ту, что выше водохранилища, — недаром форель, не терпящая загрязнённой воды, успешно живёт в форелевых хозяйствах вблизи ГЭС. При создании водохранилища было затоплено 35,6 тыс. га сельхозугодий и перенесено 2717 строений. В районе водохранилища расположен Саяно-Шушенский биосферный заповедник.
Саяно-Шушенская ГЭС спроектирована институтом Ленгидропроект.

Красноярская ГЭС спроектирована институтом Ленгидропроект. Строительство ГЭС началось в 1956, закончилось в 1972. Первый блок Красноярской ГЭС был пущен 3 ноября 1967.
Состав сооружений ГЭС:
* гравитационная бетонная плотина длиной 1065 м и высотой 124 м, состоит из левобережной глухой плотины длиной 187,5 м, водосливной — 225 м, глухой русловой — 60 м, станционной — 360 м и правобережной глухой — 232,5 м.
* приплотинное здание ГЭС длиной 430 м.
* ОРУ - 220 кВ
* ОРУ - 500 кВ
* Судоподъёмник
Мощность ГЭС — 6000 МВт. Среднегодовая выработка электроэнергии — 20,4 млрд кВт·ч. В здании ГЭС установлено 12 радиально-осевых гидроагрегатов мощностью по 500 МВт, работающих при расчётном напоре 93 м. Гидроагрегаты в значительной степени изношены, проводится их реконструкция, рассчитанная до 2010 (к 2006 реконструировано 7 гидроагрегатов). Для пропуска судов сооружён единственный в России судоподъёмник.
Плотина ГЭС образует крупное Красноярское водохранилище. Площадь водохранилища около 2000 км², полный и полезный объём 73,3 и 30,4 км³ соответственно. Водохранилищем было затоплено 120 тыс. га сельскохозяйственных земель, в ходе строительства было перенесено 13750 строений.