水电站设计水头是机组额定容量相应的最小水头。也称临界水头、计算水头。它是水电站重要的特征水头。水轮机的过水能力与水头平方根成正比，水头愈大，水轮机最大可能的轴出力也愈大，叫做水轮机水头预想出力，或简称为预想出力。但水轮发电机组的出力，还受发电机容量的限制，因此水轮发电机组的水头预想出力，应为水轮机水头预想出力与发电机容量两者之较小者。当水电站工作水头小于机组额定水头时，机组水头预想出力小于机组额定容量，其不足部分叫受阻容量。

水电站设计水头的选择是一个技术经济问题。若设计水头较大，当水电站水库消落深度(即正常蓄水位与死水位的高程差)较大时(如梯级上游担负主要调节任务的水电站)，或低水头电站汛期出现大流量，下游水位大幅度抬高时，都将使水头大幅度减小，造成较大的受阻容量，这就须增加其他电站的容量，从而付出经济代价。若设计水头减小，则在水轮发电机组额定容量不变时，需加大水轮机直径和相应降低机组转速，从而增加水电站的建设费用。

水电站设计水头一般略低于电能加权平均水头，有时为了多利用季节性电能，也可考虑在水轮机直径和转速不变的情况下，适当提高水电站设计水头，以加大发电机容量。

水电站设计水头、预想出力及受阻容量示意图见图。

水电站设计水头、预想出力及受阻容量示意图

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