Pada prinsipnya PLTA mengolah energi potensial air diubah menjadi energi kinetis dengan adanya head, lalu energi kinetis ini berubah menjadi energi mekanis dengan adanya aliran air yang menggerakkan turbin, lalu energi mekanis ini berubah menjadi energi listrik melalui perputaran rotor pada generator. Jumlah energi listrik yang bisa dibangkitkan dengan sumber daya air tergantung pada dua hal, yaitu jarak tinggi air (head) dan berapa besar jumlah air yang mengalir (debit).
Untuk bisa menghasilkan energi listrik dari air, harus melalui beberapa tahapan perubahan energi, yaitu:
1.\tEnergi Potensial
Energi potensial yaitu energi yang terjadi akibat adanya beda potensial, yaitu akibat adanya perbedaan ketinggian.
Besarnya energi potensial yaitu:
Ep = m . g . h
Dimana:
- Ep : Energi Potensial
- m : massa (kg)
- g : gravitasi (9.8 kg/m2)
- h : head (m)
2.\tEnergi Kinetis
Energi kinetis yaitu energi yang dihasilkan akibat adanya aliran air sehingga timbul air dengan kecepatan tertentu, yang dirumuskan
Ek = 0,5 m . v . v
Dimana:
- Ek : Energi kinetis
- m : massa (kg)
- v : kecepatan (m/s)
3.\tEnergi Mekanis
Energi mekanis yaitu energi yang timbul akibat adanya pergerakan turbin. Besarnya energi mekanis tergantung dari besarnya energi potensial dan energi kinetis. Besarnya energi mekanis
dirumuskan:
Em = T . � . t
Dimana:
- Em : Energi mekanis
- T : torsi
- � : sudut putar
- t : waktu (s)
4.\tEnergi Listrik
Ketika turbin berputar maka rotor juga berputar sehingga menghasilkan energi listrik sesuai persamaan:
El = V . I . t
Dimana:
- El : Energi Listrik
- V : tegangan (Volt)
- I : Arus (Ampere)
- t : waktu (s)