圖1  海水漲潮時(shí)推動(dòng)水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)

圖2  海水退潮時(shí)推動(dòng)水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)

這個(gè)原理與普通水利發(fā)電相似，與普通水利發(fā)電的差別在于蓄積的海水落差不大，并且呈間歇性，但流量大，所以潮汐發(fā)電的水輪機(jī)要適合低水頭、大流量的特點(diǎn)。

實(shí)際上的潮汐位能電站要復(fù)雜些，有單庫單向電站、單庫雙向電站和雙庫連續(xù)發(fā)電電站三種類型，下面介紹這三種潮汐發(fā)電站。

   單庫單向電站

在海灣出口或河口處，建造堤壩、發(fā)電廠房和水閘，將海灣與外海分隔，形成水庫。在漲潮時(shí)開啟閘門將潮水充滿水庫，當(dāng)落潮外海潮位下降時(shí)，產(chǎn)生一定落差，利用該落差推動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。這種電站只建造一個(gè)水庫，而且只在落潮時(shí)發(fā)電，稱為單庫單向發(fā)電。圖3左圖是單庫單向潮汐發(fā)電站布置示意圖。

圖3 單庫單向潮汐發(fā)電示意圖

圖3右圖是單庫單向潮汐發(fā)電站運(yùn)行工況示意圖，運(yùn)行工況可分為以下四個(gè)步驟：

（a）充水：開啟水閘，水輪機(jī)停運(yùn)，庫外上漲的潮水經(jīng)水閘進(jìn)入水庫，至庫內(nèi)外水位齊平為止。

（b）等候：水閘關(guān)閉，水輪機(jī)停運(yùn)，水庫內(nèi)水位保持不變，庫外水位因退潮差下降，待庫內(nèi)外水位差達(dá)到一定水頭時(shí)，啟動(dòng)水輪機(jī)發(fā)電。

（c）發(fā)電：水庫的水向庫外流動(dòng)推動(dòng)機(jī)組發(fā)電，水庫水位下降，直至與外海潮位的水位差小于機(jī)組發(fā)電需要的最小水頭為止。

（d）等候：水輪機(jī)停運(yùn)，水庫水位保持不變，待庫內(nèi)外水位齊平后，轉(zhuǎn)入下一循環(huán)。

由于每晝夜?jié)q潮退潮哥兩次，故單庫單向電站每晝夜發(fā)電兩次，停運(yùn)兩次，平均每日發(fā)電約9～11小時(shí)。由于采用單向機(jī)組，機(jī)組結(jié)構(gòu)簡單，發(fā)電水頭較大，機(jī)組效率較高。也可采用漲潮時(shí)充水發(fā)電，退潮時(shí)泄水的形式。單庫單向電站多用于小型潮汐電站。

    單庫雙向電站

為了在漲落潮時(shí)都能發(fā)電，則建造單庫雙向電站。在海灣出口或河口處，建造堤壩、發(fā)電廠房和水閘，采用雙向發(fā)電的水輪發(fā)電機(jī)組使?jié)q落潮兩向均能發(fā)電。圖4左圖是單庫雙向潮汐發(fā)電站布置示意圖。

圖4 單庫雙向潮汐發(fā)電示意圖

圖4右圖是單庫雙向潮汐發(fā)電站運(yùn)行工況示意圖，運(yùn)行工況可分為以下六個(gè)步驟：

（a）在海水開始漲潮時(shí)，庫外潮位與水庫水位之差不足以發(fā)電時(shí)，關(guān)閉閘門等待潮位上漲。

（b）庫外潮位上漲與水庫水位之差可以發(fā)電時(shí)，啟動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)發(fā)電，閘門依然關(guān)閉。

（c）庫外潮位開始退潮，潮位與水庫水位之差不足以發(fā)電時(shí)停止水輪機(jī)發(fā)電，打開閘門讓海水進(jìn)入水庫，直至兩者水位相同時(shí)關(guān)閉閘門。

（d）水庫保持水位，直到潮位降至水庫水位以下可以發(fā)電時(shí) 。

（e）開啟水輪發(fā)電機(jī)發(fā)電，直到潮位重新上漲與水庫水位之差不可以發(fā)電時(shí)停止發(fā)電。

（f）打開閘門把水庫中的水泄入海中，直到直至兩者水位相同時(shí)關(guān)閉閘門。

關(guān)閉閘門后又進(jìn)入等待狀態(tài)，開始下一個(gè)循環(huán)。

單庫雙向電站每晝夜發(fā)電4次，停電4次，平均每日發(fā)電約14~16小時(shí)。跟單庫單向電站相比，發(fā)電小時(shí)數(shù)約增長1/3，發(fā)電量約增加1/5。但由于兼顧正反兩向發(fā)電，發(fā)電平均水頭較單向發(fā)電小，相應(yīng)機(jī)組單位千瓦造價(jià)比單向發(fā)電為高。設(shè)備制造和操作運(yùn)行技術(shù)要求也高，宜在大中型電站中采用。

這種電站也可以采用單向發(fā)電機(jī)組，但從水工建筑物布置上要設(shè)置流道使?jié)q潮和落潮時(shí)，使水流都能按同一方向進(jìn)入和流出水輪機(jī)，從而使?jié)q落潮兩向均能發(fā)電，由于增加了流道與閘門，操作也麻煩，只在中小電站采用 。

    在海灣或河口處建造相鄰的兩個(gè)水庫，各與外海用一個(gè)水閘相通，一個(gè)水庫（高水庫）在漲潮時(shí)進(jìn)水；一個(gè)水庫（低水庫）在退潮時(shí)泄水，在兩個(gè)水庫之間有中間堤壩并設(shè)置發(fā)電廠房相連通，在潮汐漲落中，控制進(jìn)水閘和出水閘，是高水庫與低水庫間始終保持一定落差，從而在水流由高水庫流向低水庫時(shí)連續(xù)不斷發(fā)電。圖5左圖是雙庫連續(xù)潮汐發(fā)電站布置示意圖。

圖5 雙庫連續(xù)潮汐發(fā)電示意圖

圖5右圖是雙庫連續(xù)潮汐發(fā)電站運(yùn)行工況示意圖，首先高水庫在漲潮充滿水，低水庫在退潮時(shí)將水位泄至最低，開啟水輪發(fā)電機(jī)發(fā)電，然后以四個(gè)步驟進(jìn)行循環(huán)：

（a） 當(dāng)海水水位在高水庫水位與底水庫水位之間時(shí)，關(guān)閉進(jìn)水閘與泄水閘，此間由于水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，高水庫水位逐步下降，低水庫水位逐步上升。

（b）當(dāng)海水漲潮時(shí)水位高于高水庫水位，打開進(jìn)水閘，充水到與海水水位相同時(shí)關(guān)閉進(jìn)水閘，此間由于水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，低水庫水位繼續(xù)上升。

（c）海水退潮在水位低于高水庫水位與高于低水庫水位時(shí)，進(jìn)水閘與泄水閘處關(guān)閉狀態(tài)，由于水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，高水庫水位逐步下降，低水庫水位繼續(xù)上升。

（d）海水退潮至低水庫水位以下時(shí)，打開泄水閘，將低水庫水位泄至海水水位時(shí)關(guān)閉泄水閘，此間由于水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，高水庫水位逐步下降。

下步又進(jìn)入（a）步驟繼續(xù)循環(huán)。水閘與電站流量控制要點(diǎn)就是保持高水庫與低水庫間的落差，使水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電。

雙庫連續(xù)發(fā)電電站的優(yōu)點(diǎn)十分明顯，但要把一個(gè)大海灣或河口分隔成兩個(gè)水庫，使可用水庫面積減小，而且工程建筑量大、分散、投資高。只有地形條件不用增建中間堤壩或少建中間堤壩，并利于布置廠房和水閘，才適合建設(shè)雙庫連續(xù)發(fā)電電站。