Die Wasserkraft basiert auf den Naturkräften Erdanziehung (Gravitation) und Sonnenenergie. Wenn 1 cbm Wasser mit Masse m 1.000 kg/s 1 m fällt, dann ergibt sich theoretisch eine Leistung von 9,81 Kilowatt (kW). Da die Gewinnung von Wasserkraft und deren Umwandlung in Rotationsenergie einen Energie-Verlust (Reibung) bewirkt, liegt der Wirkungsgrad je nach Anlage bei 0,5 bis 0,9.
Die Formel für die potentielle Wasserkraft lautet:
Leistung P = Masse m/s x Fallhöhe h x Fallbeschleunigung g = 9,81 m/s² x Wirkungsgrad.
Da jeder durch eine Turbine geflossene cbm Wasser sich mehr erneuert, ist der Begriff erneuerbare Energie im physikalischen Sinne eigentlich nicht richtig.
Das nachfließende Wasser ist die Komponente, die Wasserkraft zu einer Energie-Quelle entgegen Energieträgern wie primäre Kohle, Erdöl und -gas sowie sekundäre wie Wasserstoff und Elektrizität macht.
Die Sonnensttrahlung bewirkt den natürlichen Wasserkreislauf von Verdunsten vonOberflächenwasser, Aufsteigen von Luftfeuchtigkeit und Niederschlag im Reliefgefälle. Die Erdanziehung bringt das Regen- und Schmelzwasser vom Berg zu Tal fließen. Dort wo sich durch Stau des Wassers Fallhöhen ergeben, wird die Wasserkraft genutzt.
Bei Pumspeicherwerken wird durch Umwandlung von Elektrizit in potentielle Energie eine Energiespeicherung vorgenommen, indem man billiegen Nachstrom dazu verwendet um Wasser von einem Talspeicher in einem Bergspeicher zu pumpen.
In der Antike und im Mittelalter nutzte man Wasserräder zur Gewinnung der Wasserkraft. Die heutigen Großkraftwerke nutzen Turbinen. Die wewentlichen Arten sind die Kaplan-, Francis- und Pelton-Turbine.
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