潮汐能
潮汐能（tidal 能量）是海水受月球和太阳对地球产生的引潮力的作用而周期性涨落所储存的势能。是海水周期性自然涨落运动中所具有的能量，是人类认识和利用最早的一种海洋能，是一种可再生能源。
人们对潮汐能的利用已经有很长的历史。早在900多年前，我国泉州市就利用它来搬运石块以便在洛阳市江上架桥。在15-18世纪，法、英等国曾在大西洋沿岸利用它来推动水轮机。20世纪出现了潮汐磨坊。世界最早的潮汐发电装置由法国于1913年在诺的斯特兰德岛上建造。1966年，法国又建造了世界上最大的240MW朗斯潮汐电站，商业运营长达40年。加拿大于1979年在芬迪湾的阿娜波利斯河口建造潮汐电站。中国1980年建造了3200kW的江厦电站。截至2020年6月底，中国潮汐能电站总装机容量为4.225MW，累计发电量超过2.39×10kW·h，其中，2019年发电量约718×104kW·h，电费收入约1710万元。
潮汐能的大小直接与潮差有关，潮差越大，能量也就越大。利用方式主要是发电。发展像潮汐能这样的新能源，可以间接使大气中的CO2含量的增加速度减慢。
技术原理
原理
由于受到太阳和月亮的引力作用，而使海水流动并每天上涨2次。当这种上涨接近陆地时，可能会因共振而加强。共振的程度视海岸情况而定。月球的引力大约是太阳引力的2倍，因为距离较近。伴随着地球的自转，海面的水位大约每天2次周期性地上下变动，这就是“潮汐”现象。海水水位具有按照类似于正弦的规律随时间反复变化的性质，水位达到最高状态，称为“满潮”；水位落到最低状态，称为“干潮”；满潮与干潮两者水位之差称为“潮差”。海洋潮汐的涨落变化形成了一种可供人们利用的海洋能量。
潮汐发电的工作原理与常规水力发电的原理相同，它是利具潮水的涨落产生的水位差所具有的势能来发电，也是把海水涨落潮的能量变为机械能，再把机械能转变为电能的过程。具体地说，就是在有条件的海湾或感潮河口建筑堤坝、闸门和厂房，将海湾（或河口）与外海隔开，围成水库，并在坝中或坝旁安装水轮发电机组，对水闸适当地进行启闭调节，使水库内水位的变化后于海面的变化，水库水位与外海潮位就会形成一定的潮差（即工作水头），从而可驱动水轮发电机组发电。从能量的角度来看，就是利用海水的势能和动能，通过水轮发电机组转化为电能的过程。潮汐能的能量与潮量及潮差成正比，或者说与潮差的平方及水库的面积成正比。潮汐能的能量密度较低，相当于微水头发电的水平。
发电条件
利用潮汐发电必须具备两个物理条件。
第一，潮汐的幅度必须大，至少要有几米。
第二，海岸的地形必须能储蓄大量海水，并可进行土建工程。
基本特点
作为海洋能发电的一种方式，潮汐发电最早、规模最大、技术也最成熟。潮汐发电的特点如下：
（1）潮汐能是一种蕴藏量极大、用之不竭、取之不尽、不需开采和运输、不影响生态平衡、洁净无污染的可再生能源。潮汐电站的建设还具有附加条件少、施工周期短的优点。
（2）潮汐是一种相对稳定的可靠能源，不受气候、水文等自然因素的影响，不存在丰水年、枯水年和丰水期、枯水期。但是由于存在半月变化，超差可相差2倍，因此潮汐电站的装机利用小时较低。
（3）潮汐每天有两个高潮和两个低潮，变化周期较稳定，潮位预报精度较高，可按潮汐预报制订运行计划，安排日出力曲线，与大电网并网运行，克服其出力间歇性问题。随着技术的进步，要做到这一点并不难。
（4）潮汐发电时一次能源开发和二次能源转换相结合，不受一次能源价格的影响，发电成本低。随着技术的进步，其运行费用还将进一步降低。
（5）潮汐电站的建设，其综合利用效益极高，不存在没农田、迁移人口等复杂问题，而且可以促泌围造田，发展水草养殖、海洋化工、旅游及综合利用。
应用
潮汐作为一种自然现象，为人类的航海、捕捞和晒盐提供了方便，早在11世纪，英国、法国和西班牙就有利用潮汐能的筒车，当时的潮汐水车被用来吸取总潜能中的一小部分能量，生产约30—100千瓦的机械能。
目前，潮汐能的利用方式主要是发电。潮汐发电是利用海湾、河口等有利地形，建筑水堤，形成水库，以便于大量蓄积海水，并在坝中或坝旁建造水利发电厂房，通过水轮发电机组进行发电。世界上潮差的较大值约为13—15m，但一般说来，平均潮差在3m以上就有实际应用价值。潮汐能是因地而异的，不同的地区常常有不同的潮汐系统，他们都是从深海潮波获取能量，但具有各自独特的特征。
只有出现大潮，能量集中时，并且在地理条件适于建造潮汐电站的地方，从潮汐中提取能量才有可能。虽然这样的场所并不是到处都有，但世界各国都已选定了相当数量的适宜开发潮汐电站的站址。
电站类型
利用潮汐能发电分为两种形式：一是利用潮汐的动能，直接利用潮流前进的力量来推动筒车、水泵或水轮机发电；二是利用潮汐的势能，在电站上下游有落差时引水发电。由于利用潮汐的动能比较困难，效率低，所以，潮汐发电更多是利用潮汐的位能。
潮汐位能发电
潮汐位能发电的工作原理和一般的水力发电原理是相近的。它是利用潮水的涨落产生的水位差所具有的势能来发电，就是营造水头（高度差），把海水涨落的能量转变为机械能，再把机械能变为电能的过程。这种发电方式也称为有库式发电即水库式发电。潮汐位能发电主要有如下几种形式。
单水库单向发电
在涨潮时将储水库闸门打开，向水库充水，平潮时关闸；落潮后，待储水库与外海有一定水位差时开闸，驱动水轮发电机组发电，如图8-3所示。这种方案的优点是设备结构简单，投资少；缺点是潮汛能利用率低，发电不连续。
单水库双向发电
利用两套阀门控制两条向水轮机引水的管道。在涨潮和落潮时，海水分别从各自的引水管道进入水轮机，使水轮机旋转带动发电机，如图8-4所示。这种方案适用于天然潮汐过程，潮汐能利用率高，但投资大。
双水库连续发电
采用两个水力相联的水库。涨潮时，向高储水库充水，落潮时，向低储水库排水，利用两水库间的水位差，使水轮发电机组连续单向旋转发电，如图8-5所示。该方案可实现连续发电，但是要建两个水库，投资大且工作水头低。
发电结合抽水蓄能式电站
在潮汐电站水库水位与潮位接近并且水头小时，用电网的电力抽水蓄能。涨潮时将水抽入水库，落潮时将水库内的水往海中抽，以增加发电的有效水头，提高发电量。
上述4种形式的电站各有特点，各有利。在建设时，要根据当地的潮型、潮差、地形和电力系统的负荷要求、发电设备的组成情况以及建筑材料和施工条件等技术经济指标，综合进行考虑，慎重选择。
潮汐动能发电
如果海湾或河口处在潮汐涨落中的流速较高，可直接利用潮流前进的动能来推动水轮机发电。这种发电方式突破常规发电的概念，也称为无库式潮汐能发电。方法类似于风力发电机，兼顾风和海流的密度等条件的不同而开发设计，因此这种发电技术所用水轮机的结构形式与传统有库式机组的结构形式有很多不同点。根据机组结构组成不同，目前总体分为海底风车式机组和全贯流式机组。
由于涡轮的面积比起潮汐流的截面是很微小的，所以对整个潮汐能的利用率非常低但是不用建设坝堤及相关设施，投资少，且不影响生态环境，发电的必备条件是潮汐要形成足够的流速。
优缺点
优点
潮汐能的功率密度与流速的三次方和海水的密度成正比。与其他可再生能源相比，潮汐能具有以下优点：
（1）具有较强的规律性和可预测性，可有计划纳入电网；
（2）功率密度大，能量稳定，易于电网的发、配电管理，是一种优秀的可再生能源；
（3）潮流能的利用形式通常是开放式的，不会对海洋环境造成大的影响。综合利用潮汐的电站建于沿海的海湾或河口，可进行水产养殖，并且可以结合海涂围垦增加农田，没有河川水电站的水库没及迁移人口等问题。
缺点
（1）潮位的有效落差低。即使像在加拿大的芬迪湾（潮差最大值18.5m，平均值14m）那样潮差最大的地区，潮差仍然低于河水发电的水头，更何况世界上绝大多数沿岸地区潮差值远远小于这个数字。为了利用低水头，水轮机就要做得很大，机组造价高，因而大大降低了潮汐发电站的经济效益。
（2）电站要在海湾软基础上建大坝和厂房，投资较大。另外，电站流道和机组设备还要解决防海水腐蚀和海生物附着污损等问题，这些因素都要增加电站的投资。
（3）受建设地点的限制。潮汐发电站既要建在具有大潮差的地点，又要尽可能接近用电地区，还要不影响渔业和航运。要同时达到这些要求是不容易的。
（4）沿海筑坝建大型潮汐电站可能诱发的电站周围海域的环境与生态问题。这些问题包括：电站建筑物的新建改变原有海域的地理物理边界所引起的潮汐波港内共振，进而导致周围海岸海面上升、海岸线内退；电站建设所引起对动植物、鱼类和鸟类栖息地的影响；电站库区泥沙淤积问题等。
（5）受运转时间限制。潮汐主要来自月球的引潮力，所以潮汐电站的运转时间主要受月球运转规律支配，而人们的生活是随着太阳运转规律安排的。随着潮汐发生时间的变化，电站每天发电时间要比前一天延迟50min。此外，每次潮汐水位又有大小潮的变化，两者之差可达一倍，这些对潮汐发电能力的影响是相当可观的。
开发历史
国际
人们对潮汐能的利用已经有很长的历史。早在900多年前，我国泉州市就利用它来搬运石块以便在洛阳市江上架桥。在15-18世纪，法、英等国曾在大西洋沿岸利用它来推动水轮机。20世纪出现了潮汐磨坊。那时还没有双向水轮机，只能利用一个方向（退潮时）的能量，因为较易控制。
现代潮汐能的利用主要是潮汐发电。世界最早的潮汐发电装置由法国于1913年在诺的斯特兰德岛上建造。1966年，法国又建造了世界上最大的240MW朗斯潮汐电站，商业运营长达40年。加拿大于1979年在芬迪湾的阿娜波利斯河口建造潮汐电站。采用环形全贯流式机组，单机容量20MW，现状规划建造5000MW的潮汐电站。我国1980年建造了3200kW的江厦电站。此外，俄罗斯、英国、韩国、日本、印度、澳大利亚、意大利等国也在积极开发建造中。
国外利用潮汐发电始于欧洲。1878年，世界上第一座水电站在法国建成，不久，英国、美国、德国也建成一些水电站。与此同时，一些科学家萌生了建立潮汐电站，利用潮汐能量推动水轮发电机发电的想法。19世纪末，德国工程师克洛布洛赫提出在易北河下游筑坝，涨潮时蓄积海水，建立潮汐发电站的方案，但因当时各种技术条件的限制，该方案被束之高阁而未能实施。
1912年，德国在石勒苏益格—荷尔斯太因州的胡苏姆（Husum)建成了世界上第一座小型潮汐电站，但是第一次世界大战期间，该电站遭到破坏而被人遗忘。
1913年，法国科学家Pein提出在法国诺德斯德兰德岛与大陆间筑一道2.8km的大坝，进而建设潮汐电站的方案。几经周折，该潮汐电站在第一次世界大战期间成功发电。
1935年，苏联开工建设装机容量33万kW的Quoddy潮汐电站，但几个月后就停工中止。
1946年，法国开始对圣马洛（SaintMalo）湾的朗斯（LaRance）潮汐电站进行研究和论证。1959年，作为朗斯电站中间试验电站的圣马洛潮汐电站建成发电，现在机组已拆除。
1961年，朗斯潮汐电站在布列塔尼米岛正式开工建设。1966年11月，首台1万kW可逆灯泡贯流式机组正式发电。朗斯河口潮汐电站最大落差为13.5m，坝长为750m，总装机容量为24万kW,年均发电量为5.44亿kWh。1967年12月15日，全部24台1万kW机组同时启动。朗斯潮汐电站的成功开发标志着潮汐电站进入了全新的实用阶段，具有里程碑意义。
朗斯潮汐电站开发之后，中国、美国、英国、加拿大、苏联、瑞典、丹麦、挪威、印度、韩国等国都陆续研究开发潮汐发电技术，兴建了各具特色的潮汐电站。
1968年，前苏联在巴伦支海的基斯洛湾建成一座试验性潮汐电站，首台法国Neyrpic公司生产的400kW双向灯泡式机组投人运行，后来前苏联又仿制1台投人运行。应用基斯洛潮汐电站的经验，前苏联相继对几座大型潮汐电站进行了设计研究，有的还进行了初步设计，如北海海岸的卢姆波夫（Lumbov）潮汐电站（6.7万kW）、麦津（Mezen）湾潮汐电站（1500万kW），以及鄂霍次克海岸的图古尔（Tugur）潮汐电站（780万kW)和彭泽斯克（Penzhinsk）潮汐电站（8740万kW）等。
1979年，加拿大开始在芬迪湾（BayofFundy）的安那波利斯（Annapolis）建设潮汐电站。1984年8月该电站的一台1.78万kW全贯流式机组投产发电。与此同时，许多国家对潮汐电站进行了大量的研究和论证工作。1978年，英国成立“塞汶河大坝委员会”，统一规划塞汶（Severn）河口潮汐电站的建设工作，提出了一个装设160台2.5万kW贯流式机组的方案。20世纪90年代，英国20多家公司组建默尔西（Mers)河大坝财团，计划在默尔西河口修建一座70万kW的潮汐电站。印度在20世纪80年代也拨款成立了卡特湾（Gulfofkutch）潮汐电站的专门机构，1991年完成Gujarat海岸90万kW潮汐电站的选址。苏联20世纪80年代已开工建设卢姆波夫潮汐电站，原计划在1990年前后即可投运发电，后因前苏联解体，该工程被搁置一边。美国在20世纪八九十年代也开展过芬迪湾和阿拉斯加州潮汐电站的研究工作。澳大利亚对Derby潮汐电站进行了大量研究论证工作。
韩国近海潮差巨大，韩国对潮汐电站的建设十分关注，做了大量工作。1976年韩国开始对几座大型潮汐电站进行研究和论证。2003年，韩国正式开工建设装机容量25.4万kW的始华湖（Sihwa）潮汐发电站；截止到2011年，始华湖潮汐电站已经建成并投入使用，成为世界上装机容量最大的潮汐电站。2007年韩国又动工兴建装机容量达50万kW的加露林（Garolim）潮汐电站。2007年3月，韩国仁川市与韩国中部发电公司和大宇建设财团签署了共同开发江华（Kanghwa）潮汐电站的备忘录，三方在2007～2015年将投资17771亿韩元，建设一座装机32台、总装机容量81.2万kW的世界最大潮汐电站。
目前，在英国、加拿大、俄罗斯、印度、韩国等13个国家运行、在建、设计、研究及拟建的潮汐电站达139座，其中进行规划设计的10余座潮汐电站为10万kW～100万kW级。
中国
我国利用潮汐能的历史可以追溯到 1000 多年前，以在山东蓬莱地区发现的潮汐磨为证；宋朝时在福建泉州修建的洛阳桥运用潮汐能量搬运石料，也是对潮汐能的很好利用。新中国成立之后，我国潮汐能的利用分为三个阶段。自 20 世纪 50 年代后期，我国兴起潮汐能发电建设的热潮，据不完全统计当时修建 42 个小型潮汐电站，总装机容量 500 千瓦，主要用于照明和小型农业设施。当时在建的还有 88 处，装机容量 7055kw，但是当时建设的小水电站急于求成选址不当，且设备简陋技术落后，再加上管理不善等因素，大部分都废弃了，至今只有温岭沙山潮汐电站运行至今，用于农副产品的加工。自此之后到 20 世纪 70 年代，再次出现利用潮汐能源的势头。
我国最大的几座潮汐电站均在该时期动工，其中包括目前我国装机容量最大浙江温岭江厦潮汐试验电站，设计有效库容 278 万立方米，设计装机 6 台，总容量 3200KW（后增加机组使总装机量为 3900kw）。这个时期所建的潮汐电站比 50 年代所建规模大了一个数量级，且设计、施工、设备运用更加规范，运行的可靠性更大。1981年，沿海各省市先后提出了本地潮汐能资源的普查报告，1982 年国家也组织水利、电力、海洋及能源的有关专家对浙江省海洋能利用状况进行了考察。1984 年，全国专家在浙江和福建省考察万千级实验电站的选址，后来由浙闽两省对健跳港和大官坂两处万千瓦级潮汐试验电站分别完成了可行性报告。
现状与前景
由于常规电站廉价电费的竞争，建成投产的商业用潮汐电站不多。然而，由于潮汐能蕴藏量的巨大和潮汐发电的许多优点，人们还是非常重视对潮汐发电的研究和试验。
据海洋学家计算，世界上潮汐能发电的资源量在10亿千瓦以上，也是一个天文数字。潮汐能普查计算的方法是，首先选定适于建潮汐电站的站址，再计算这些地点可开发的发电装机容量，叠加起来即为估算的资源量。
20世纪初，欧、美一些国家开始研究潮汐发电。第一座具有商业实用价值的潮汐电站是1967年建成的法国郎斯电站。该电站位于法国圣马洛湾郎斯河口。郎斯河口最大潮差13.4米，平均潮差8米。一道750米长的大坝横跨郎斯河。坝上是通行车辆的公路桥，坝下设置船闸、泄水闸和发电机房。郎斯潮汐电站机房中安装有24台双向涡轮发电机，涨潮、落潮都能发电。总装机容量24万千瓦，年发电量5亿多度，输入国家电网。
1968年，苏联在其北方摩尔曼斯克附近的基斯拉雅湾建成了一座800千瓦的试验潮汐电站。1980年，加拿大在芬迪湾兴建了一座2万干瓦的中间试验潮汐电站。试验电站、中试电站，那是为了兴建更大的实用电站做论证和准备用的。
世界上适于建设潮汐电站的二十几处地方，都在研究、设计建设潮汐电站。其中包括：阿拉斯加州的库克湾、加拿大芬地湾、英国塞文河口、阿根廷圣约瑟湾、澳大利亚达尔文范迪门湾、印度坎贝河口、俄罗斯远东鄂霍茨克海品仁湾、韩国仁川湾等地。随着技术进步，潮汐发电成本的不断降低，进入2l世纪，将不断会有大型现代潮汐电站建成使用。
中国潮汐能的理论蕴藏量达到1.1亿千瓦，在中国沿海，特别是东南沿海有很多能量密度较高，平均潮差4～5m，最大潮差7～8m。其中浙江省、福建省两省蕴藏量最大，约占全国的80.9%。我国的江夏潮汐实验电站，建于浙江省乐清湾北侧的江夏港，装机容量3200kW，于1980年正式投入运行。
中国水力资源的蕴藏量达6.8亿kW，约占全世界的1/6，居世界第1位，建成后的长江三峡水电站将是世界上最大的水力发电站，装机容量1820万kW。
技术挑战
目前，潮汐发电技术正在不断发展中，各国都在努力研究如何更安全有效环保地利用潮汐能。潮汐发电面临的技术挑战主要来自以下几个方面。
（1）潮汐电站建造在海湾口，水深坝广，建筑物结构发展、施工及基底处理难度大，土建投资高，一般占总造价的45%。
（2）潮汐发电站中，水轮发电机组约占电站总造价的50%，同时，机组的制造安装也是电站建造工期的主要控制因素。大、中型水电站由于机组数量多，控制技术要求较高。目前，全贯流式水轮机发电机组由于其外形小、质量轻、效率高，在世界各国已得到广泛应用。
（3）由于海水、海生物对金属结构物和海工建造物有腐蚀、污作用，因此，电站需要做特殊的防腐、防污处理。
（4）潮汐电站的选址较为复杂，既要考虑潮差、海湾地形及海底地质，又要考虑当地的海港建设、海洋生态环境保护。电站的海洋环境问题主要包括两个方面，一是电站对海洋环境的影响，如水温水流、盐度分层对海滨产生的影响，这些变化会影响到附近地区浮游生物的生长及鱼类生活等；二是海洋环境对电站的影响，主要是泥沙冲淤问题，既与当地海水中的含沙量有关，还与当地的地形、波流等有关，且关系复杂。
参考资料
全球气候变化对中国经济发展的挑战.中国气候变化信息网.2023-10-22
潮汐能.中国科学院等离子体物理研究院.2023-10-22