Zapora Gordon wTasmanii umożliwia czerpanie 430 MW mocy z energii spadku wodyHistorycznie energię spadku wody wykorzystywano m.in. w młynach wodnych, jak widoczny na zdjęciu młyn wBraine-le-Château wBelgii, wybudowany w XII wieku
Energia wodna może być znacznie tańsza od spalaniapaliw kopalnych czyenergii jądrowej[1]. Obszary bogate w energię wodną przyciągają przemysł niskimi cenami elektryczności. W niektórych krajach o wykorzystaniu energii wodnej zaczynają decydować względy ochrony środowiska, przeważając nad kalkulacją cen.
Źródło energii wodnej ocenia się według dostępnejmocy, to znaczyenergii uzyskiwanej w jednostceczasu. Przy wykorzystaniu wody spadającej z pewnej wysokości dostępna moc wiąże się ze spadkiem hydraulicznym (wysokością, z jakiej spływa woda), przepływem (ilością wody spływającej w jednostce czasu) i zazwyczaj również z prędkością przepływu. W przypadku gdy woda spływa ze zbiornika (jezioro, spiętrzenie), spadkiem hydraulicznym jest różnica poziomów pomiędzy lustrem wody w zbiorniku górnym i wylotem turbiny, ponieważciśnieniehydrostatyczne u podstawy wynika wprost z wysokości słupa wody.
Energia potencjalna uwalniana podczas spadku ciała omasie z wysokości wpolu grawitacyjnym o przyspieszeniu wynosi
Elektrownia wodna wykorzystuje energię uwalnianą podczas sterowanego spadku wody z ustalonej wysokości. Energia wyzwolona w ustalonym czasie wynika więc z ilości spuszczonej w tym czasie wody:
Podstawiając symbol mocy za i wyrażając stosunek przez natężenie przepływu igęstość wody, dochodzimy to standardowej postaci tego wyrażenia:
gdzie oznacza natężenie przepływu, liczone jako objętość wody wypuszczanej w jednostce czasu, zaś jest gęstością wody.
W układzie jednostek miarSI gęstość wyraża się w przepływ w przyspieszenie w wysokość w metrach i moc wwatach.
Niektóre urządzenia, np.koło wodne podsiębierne, wykorzystują energię przepływającej wody, nie wymagając do działania dużego spadku wody. W tym przypadku wyzyskuje się energię kinetyczną przepływającej wody. Teoretycznie maksymalna moc takiego źródła wynosi:
gdzie oznacza prędkość wody. Taka wydajność jest w rzeczywistości nieosiągalna, gdyż odzyskanie całejenergii kinetycznej wody oznaczałoby jej zatrzymanie. Faktycznie dostępna moc wynika więc ze stopnia spowolnienia wody przez koło (różnicy średniej prędkości przepływu wody bezpośrednio przed i za kołem).
Koła wodne nasiębierne i śródsiębierne wykorzystują zarównoenergię potencjalną i kinetyczną strumienia wody.
