אנרגיית מים
חישוב הספק המופק ממערכת הידרואלקטרית

המושגים Hydropower ו-Waterpower הם שמות נרדפים ל-Hydroelectric Power שמשמעותו המרת אנרגיה שמקורה בתנועת מים לאנרגיה חשמלית. אנרגיית הכבידה של המים (אנרגיה פוטנציאלית) הנופלים מראש מפל מתורגמת לאנרגיה קינטית המניעה טורבינות בתחתיתו. בהנחה שלחץ האוויר בסביבת המפל אחיד (ושווה ללחץ האטמוספירי) נפעיל את חוק שימור האנרגיה על נפח בקרה המכיל את המים במפל ברגע נתון והמוקף במעטפת בקרה:
כאשר:
{\dot {Q}}\left[\mathrm {w} \right] היא קצב כניסת אנרגיה חיצונית למערכת
{\dot {W}}\left[\mathrm {w} \right] הוא קצב העבודה (הספק) הנעשית על ידי מערכת המוגדרת על ידי המפל
{\vec {v}}=v(-{\hat {k}}) וקטור מהירות המים הלוקלית
{c.s.} מעטפת הבקרה
{\hat {n}}=\left\{{\begin{array}{lr}-{\hat {k}},&z=0\\{\hat {k}},&z=\Delta h\end{array}}\right. וקטור יחידה הניצב למעטפת הבקרה
{c.v.} נפח הבקרה
e_{p}\left[{\frac {\rm {J}}{kg}}\right]=gz\left[{\frac {m^{2}}{s^{2}}}\right] אנרגיית כבידה סגולית (אנרגיית כבידה ליחידת מסה)
e_{k}\left[{\frac {\rm {J}}{kg}}\right]={\frac {1}{2}}v^{2}\left[{\frac {m^{2}}{s^{2}}}\right] אנרגיה קינטית סגולית (אנרגיה קינטית ליחידת מסה)
u\left[{\frac {\rm {J}}{kg}}\right]=u\left[{\frac {m^{2}}{s^{2}}}\right] אנרגיה פנימית סגולית (אנרגיה פנימית ליחידת מסה)
\rho \left[{\frac {kg}{m^{3}}}\right] היא צפיפות המים
בהנחה שאין מקור אנרגיה חיצוני המזין את המערכת יוצא ש-  {\dot {Q}}=0 ו-  u=0.
כאשר גובה המפל  \Delta h\left[m\right] אז  e_{p}+e_{k}=g\Delta h=constant.
מכאן,
בנוסף:
ולכן:
כאשר  A הוא שטח החתך הניצב לזרם המים במפל,  {\dot {V}}\left[{\frac {m^{3}}{s}}\right] היא הספיקה הנפחית ו-  {\dot {M}}\left[{\frac {kg}{s}}\right] היא הספיקה המסית שלו. בפועל נצילות המערכת אינה מושלמת והעבודה המופקת ממנה מהווה שבר מהנצילות המקסימלית. לפיכך:
כאשר  {0\leq \eta \leq 1} היא נצילות המערכת ו-  {\dot {W}}_{out} הוא קצב העבודה המופקת מהמפל.
לשם המחשה, הספק טורבינה בעלת נצילות של  85\% בגובה 145  m המוּנעת על ידי מפל מים וספיקה נפחית של  {m^{3}}/{s} 80 בהנחת צפיפות מים של  kg/m^{3} 1000 ותאוצת כובד של  m/s^{2} 9.81 הוא  {\text{M}}\mathrm {w}  97 לפי החישוב הבא:
מפעילי תחנות הידרואלקטריות ישוו את סך האנרגיה החשמלית המיוצרת עם האנרגיה הפוטנציאלית התאורטית של המים העוברים דרך הטורבינה כדי לחשב את היעילות שלה. נהלים והגדרות לחישוב היעילות מוצגים בקודי בדיקה כגון ASME PTC 18 ו-IEC 60041. בדיקת שטח של טורבינות משמשת לאימות היעילות המובטחת של היצרן. חישוב מפורט של יעילותה של טורבינת כוח מים יביא בחשבון את העומד ההידראולי שפוחת עקב חיכוך הנוזל הזורם בתעלת הכוח או בצינור, עליית מפלס מי המפלס התחתון עקב תוספת המים המגיעים מהמפלס העליון, מיקום התחנה והשפעת כובד משתנה, הטמפרטורה והלחץ הברומטרי של האוויר, צפיפות המים בטמפרטורת הסביבה, והגבהים מעל פני הים של המאגר העליון והתחתון. לצורך חישובים מדויקים, יש לקחת בחשבון שגיאות עקב עיגול מספרים של הערכים הקבועים.
מערכות אנרגיית מים מסוימות כגון גלגלי מים יכולות לנצל כוח, מזרימת גוף מים מבלי לשנות בהכרח את גובהו. במקרה זה, הכוח הזמין הוא האנרגיה הקינטית של המים הזורמים. גלגלי מים מסוימים יכולים לנצל ביעילות את שני סוגי האנרגיה. זרימת המים בנחל יכולה להשתנות מאוד מעונה לעונה. פיתוח אתר אנרגיית מים דורש ניתוח של רשומות הזרימה של הנחלים ושיטפונות באזור האתר, המתמשכות לעיתים על פני עשרות שנים, כדי להעריך את אספקת האנרגיה השנתית המהימנה. סכרים ומאגרים מספקים מקור כוח אמין יותר על ידי כך שהם מאפשרים ויסות של שינויים עונתיים בזרימת המים. עם זאת למאגרים השפעה סביבתית משמעותית, כמו שינוי בזרימת הנחלים הטבעית. תכנון הסכרים חייב לקחת בחשבון גם את המקרה הגרוע ביותר, "הצפה מקסימלית של המאגר ככל הנראה" שניתן לצפות באתר; בדרך כלל בתכנוני סכרים יש לתכן מגלשי מברץ למקרה של הצפת יתר של המאגרים כדי להוביל את עודפי המים בזמן שיטפונות סביב הסכר.