VATNSAFL
Á ofanverðri nítjándu öld þróuðust margvíslegar leiðir til hagnýtingar á rafmagni. Á heimssýningunni í París árið 1881 kynnti Thomas A. Edison glóperuna og fyrsta rafstöðin til almenningsnota tók til starfa í London árið 1882. Þessi rafstöð var knúin gufu og var byggð að frumkvæði Edisons. Í vatnsaflsvirkjunum er hreyfiorka vatnsfalls beisluð og henni breytt í raforku.
Útfærslur geta verið mismunandi en í aðalatriðum er um nokkra sameiginlega grunnþætti að ræða. Þessir þættir eru til dæmis stífla til að hækka vatnsborð og mynda inntaks- eða miðlunarlón og mannvirki til þess að hleypa umfram vatni framhjá virkjuninni. Þessi mannvirki geta verið yfirföll, botnrásir eða lokuvirki. Inntaksmannvirki fyrir vatn að virkjuninni eru gjarnan í stíflunni og er hlutverk þeirra að beina vatninu að aðrennslisvirkjum. Aðrennslisvirkin geta síðan verið skurðir, pípur eða göng.
Aðrennslisvirkin flytja vatnið að þrýstivatnspípu sem liggur að snigli vatnsvélar í stöðvarhúsinu. Vélarnar geta verið fleiri en ein og hefur hver um sig einn hverfil eða vatnshjól sem vatnsstraumurinn snýr. Hverfillinn er tengdur við rafala sem breytir fallorku vatnsins í raforku. Orkan sem framleidd er í virkjunum er í réttu hlutfalli við nýtanlega fallhæð og vatnsmagnið sem streymir um hverfilinn.
Nýtanlegt vatnsafl (P) er mælt í vöttum og þá gjarnan tilgreint í kW (1000 vött) eða MW (1.000.000 vött). Afl virkjunar er margfeldi af fallhæðinni (h mælt í metrum m) og rennslinu (Q mælt í rúmmetrum á sekúndu m3 /s), þyngdarhröðuninni g (9,81 metrar á sekúndu í öðru veldi m/s2 ), nýtni (η ávallt minni en 1) og eðlisþyngd vatns (ρ í kg/m3 ).
P = η·g·ρ·Q·h (m/s2·kg/m3·m3/s·m = m·kg/s3 = (kgm/s2)s = J/s = W
Ástæða þess að nýtnin er minni en einn er sú að það verða töp á leið vatnsins í gegnum virkjunina. Töpin verða vegna þrýstifalls í vatnsvegum, nýtni hverfilsins er ekki 100%, það verða töp í yfirfærslu á orku frá hverfli til rafala og síðan einnig á milli rafala og spenna. Orkan sem virkjun framleiðir á ársgrundvelli er síðan reiknuð sem margfeldi af uppsettu afli virkjunarinnar og tíma. Í venjulegu ári (ekki hlaupári) eru 8760 klukkustundir. Ef ætlaðar eru 260 stundir á ári í viðhald, verður orkuframleiðsla virkjunar á ársgrundvelli margfeldi af afli virkjunar og 8500 klukkustundum. 100 MW virkjun sem keyrð er á fullum afköstum í heilt ár getur því að hámarki framleitt 850 000 MWh/ári eða 850 GWh á ári