Rotor vyřazené Kaplanovy turbíny z americké elektrárny Pickwick Landing Dam
Množství vyrobené elektrické energie ve vodní elektrárně primárně závisí na výšce spádu H [m] a na průtoku vody Q [m3/s], která projde turbínou. Dalšími proměnnými vstupujícími do výpočtu jsou měrná hmotnost vody ρ [kg/m3] a gravitační zrychlení g [m/s2]. Posledně jmenovaná je téměř konstanta, spád a hustota vody se mění jen nepatrně, takže hlavní podíl na kolísání množství vyrobené energie bude mít průtok vody turbínou. Ten se může změnit až desetinásobně.
Rotor vyřazené Kaplanovy turbíny z americké elektrárny Pickwick Landing Dam
Teoretický výkon Pt [W] vodní elektrárny se dá zapsat podle vztahu:
Pt = ρ . g . H . Q
Tento výkon na svorkách generátoru v principu není možné dosáhnout, protože celá energetická konverze je spojena se ztrátami.
Prvním typem ztrát jsou objemové ztráty, charakterizující snížení výstupního výkonu z důvodu zmenšení užitečného průtoku vody turbínou. Část vody z celkového průtoku totiž proteče mimo turbínu nebo ucpávkami turbíny a nevykoná žádnou práci. Objemovým ztrátám odpovídá objemová účinnost ηv.
Dalším typem ztrát jsou hydraulické ztráty, vznikající překonáváním průtokových odporů v potrubí přivaděčů. Jedná se o ohyby vody v potrubí, víření vody nebo její tření o povrchy potrubí. Ztrátám odpovídá hydraulická účinnost ηH.
Část teoretického výkonu se taky umoří v mechanických převodech a ložiskách. Míru mechanických ztrát určuje mechanická účinnost ηm.
Posledním článkem energetické transformace ve vodní elektrárně je proměna mechanické energie na energii elektrickou v generátoru. Elektrická účinnost ηe vyjadřuje elektrické ztráty v generátoru.
Skutečný uživatelský výkon Ps [W] na svorkách generátoru vodní elektrárny se dá na základě výše uvedeného zapsat podle upraveného vztahu:
Ps = ρ . g . H . Q . ηv . ηH . ηm . ηe
η = ηv . ηH . ηm . ηe
Ps = Pt . η
Celková účinnost reálných vodních turbín dosahuje 70 až 90 %. Většinou platí, že velké energetické stroje mají vyšší účinnost a malé stroje nižší.