凡是到过海边的人们，都会看到海水有一种周期性的涨落现象：到了一定时间，海水推波助澜，迅猛上涨，达到高潮；过后一些时间，上涨的海水又自行退去，留下一片沙滩，出现低潮。如此循环重复，永不停息。海水的这种运动现象就是潮汐。潮汐为人类的航海、捕捞和晒盐提供了方便。同时，它也可以带来巨大能量，形成可供人类利用的潮汐能。
§§§第一节跌宕起伏的潮汐
到海边看潮汐
潮汐现象是海水在天体（主要是月球和太阳）引潮力作用下所产生的周期性运动，习惯上把海面垂直方向的涨落称为潮汐，而海水在水平方向的流动称为潮流。潮汐是沿海地区的一种自然现象，古代称白天的河海涌水为“潮”，晚上的称为“汐”，合称为“潮汐”。潮汐是一种周期现象，在潮汐升降的一个周期中，海面升到最高位置时称为高潮；海面降到最低位置时称为低潮。从低潮到高潮的过程中，海面不断升涨称为涨潮。自高潮到低潮的过程中，海面逐渐下落称为落潮。两相邻高低潮水位之差称为潮差；潮差每天不等，其平均值成为平均潮差。在涨潮或落潮中，当水位达到高潮或低潮时，海面有短时间不涨也不落，此段时间分别称为平潮和停潮。
潮汐的涨落现象因时因地而异，从涨落的周期来看，可以把潮汐分为三种：
（1）半日潮
潮汐的涨落在24.8小时（天文学上称为“1个太阴日”）内有2个周期，出现2次高潮和2次低潮，半日完成1个周期。半日潮的相邻2个潮差几乎相等；涨、落潮时也几乎相同。我国黄海、东海沿岸多数港口属半日潮海区。
（2）全日潮
1个太阴日内仅出现1次高潮和1次低潮，即1日内只完成1个周期。
（3）混合潮
每个太阴日内，涨、落潮2次和涨、落潮1次混杂地出现，这种潮汐称为混合潮。混合潮的相邻2个潮差及相邻的2个涨、落潮时也不一定相等。我国南海多数地区属于混合潮。
潮汐除了半日或全日的变化外，还有较长的周期变化，其中最明显的周期为半个太阴月，即14.7天，在此期间潮差在最大值和最小值之间变化1周。
潮起潮落的起因
潮汐虽有规律，但很复杂，随时间、地域的不同而变化着。长期以来，有关潮汐的成因，尚无十分精确的解释。多数学者认为（也被大家所接受），潮汐是月球、太阳和其他星体对地球的引力（主要指对海水的引力）以及地球的自转所形成的，由于这些力的作用从而导致了海水的相对运动。牛顿的万有引力定律告诉我们：任何2个物体之间都存在着相互吸引的力，吸引力的大小和这2个物体的质量的乘积成正比，而与2个物体之间的距离的平方成反比。把万有引力定律运用到地球和其他天体之间存在的引力关系上时，可以把地球本身的质量看作不变的。因此，吸引力与天体的质量成正比，与地球到天体的距离的平方成反比。大家都知道，地球围绕着太阳转，月球围绕着地球转。太阳的质量虽然比月球的质量大得多，但是，月球与地球的距离却比太阳与地球的距离小得多，用牛顿万有引力公式计算得到的结果可以证明，月球的引力远大于太阳的引力，而其他天体对地球的引力则是很微弱的。所以说，月球的引力是形成潮汐的主要成因。潮汐现象主要是随月球的运动而变化的。
天体带来的潮汐现象
一般而言，大洋、外海的潮差较小，愈近海岸潮差愈大，尤其是在伸入陆地的海湾，潮差从湾口向湾顶递增，海湾两岸呈对称分布。河口地区的潮差因流河而异一般大的河口，凡呈喇叭状的，潮差由口门往里逐渐增大，甚至形成涌潮，其他河口一般是由口门往里潮差渐小。
潮汐不仅有地域的差别，在同一地点还明显地随时间变化。月球在绕地球运行的过程中，由于相对于地球和太阳位置的变化，在一个太阴月中会出现盈亏圆缺的变化，称月相变化。因此，半日潮的潮幅在半个太阴月中具有最显著的变化，其间潮幅由最大值变化到最小值，而且这些最大值也往往不相同。
由于运动着的地球、月球和太阳的相对位置存在着多种周期性变化，所以由月球和太阳引潮力产生的潮汐也存在多种周期组合在一起的复杂周期性变化，从而产生了潮汐各种周期性的不等现象。
1.日不等现象
实际的潮汐振动在一个太阴日（24.8小时）中两个潮的高低潮和潮差不相等，涨潮时和落潮时也不相等，这种不规则现象称为日不等现象。高潮中比较高的一个叫高高潮，比较低的叫低高潮；低潮中比较低的叫低低潮，潮高的叫高低潮。
当月球赤纬不为零时，除赤道和高纬地区外，地球上其他各点半日潮部分与全日潮部分叠加，便出现潮汐日不等现象。随着月球赤纬的增大，全日潮成分增大，日不等现象也增大。当月球赤纬最大（月亮直射南、北回归线）时，日不等现象最显著，此时半日潮部分最小，日潮部分最大，这时的潮汐称回归潮。当月球赤纬为零（月亮直射赤道）时，除南北两极附近外，各地潮汐全日潮部分为零，半日潮部分最大，一个太阴日内有两涨两落，无日不等现象，赤道上潮差最大，越接近两极潮差越小，这时的潮汐称赤道潮（又称分点潮）。
2.月不等现象
由于月球绕地球运动的轨道为椭圆，地球位于椭圆的一个焦点上，月球从近地点出发，经过远地点又回到近地点，需要一个近点月（27.5546天），因此就产生了潮汐的月不等现象。月球离地球近时潮差较大，相应的潮汐为近地潮；月球离地球远时潮差较小，相应的潮汐为远地潮。月球轨道的偏心率较大，月地距离在近地点时为57个地球半径，在远地点时为64个地球半径，引潮力大小与距离的三次方成反比，近地潮比远地潮大39.1%。
3.年不等现象
地球环绕太阳运动的轨道也为椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点上，地球从近日点出发，经过远日点又回到近日点，需要一个近点年（165.2596天）由于地球距太阳的远近变化，就产生了潮汐的年不等现象。地球位于近日点时，太阳引潮力最大，相应的潮汐称近日潮；地球位于远日时，太阳引潮力最小，相应的潮汐称远日潮。由于太阳潮汐称近潮的一半，而且地球轨道的偏心率较小，所以太阳潮的这种变化不甚明显。太阳赤纬的变化，同样对潮汐产生影响。所不同的是，因为太阳潮小于太阴潮，太阳赤纬的变化产生的潮汐变化不像赤道潮与回归潮那样来得明显。每年在春分和秋分前后，太阳赤纬最小，如果月球此时出现在赤道附近，则潮汐不等现象不显著，相应的潮汐称分点大潮（又称二分潮）；而在夏至和等冬至前后，太阳赤纬最大，若此时月球赤纬较大，则混淆不等现象最大，相应的潮汐称至点大潮（又称二至潮）。
4.多年不等现象
由于月球运行轨道的近地点是移动的，每隔8.85年完成一周。同时，月球运行轨道和地球运行轨道的相交点也是在地球运行轨道上缓慢移动，每隔18.61年完成一周。因此，潮汐还存在多年不等现象。
§§§第二节 潮汐能与潮汐发电
威力无穷的潮汐能
潮汐能是以位能形态出现的海洋能。海水涨落的潮汐现象是由地球和天体运动以及它们之间的相互作用而引起的。月球对地球的引力方向指向月球中心，其大小因地而异。同时，地表的海水又受到地球运动离心力的作用，月球引力和离心力的合力正是引起海水涨落的引潮力。除月球外，太阳和其他天体对地球同样会产生引潮力。虽然太阳的质量比月球大得多，但太阳离地球的距离也比月球与地球之间的距离大得多，所以，其引潮力还不到月球引潮力的一半。其他天体或因远离地球，或因质量太小所产生的引潮力微不足道。如果用万有引力计算，月球所产生的最大引潮力可使海水面升高0.563米，太阳引潮力的作用为0.246米，但实际的潮差却比上述计算值大得多。如我国杭州湾的最大潮差达8.93米，北美加拿大芬地湾最大潮差达19.6米。这种实际与计算的差别目前尚无确切的解释。一般认为海水的自由振动频率与受迫振动频率一致而导致的共振会使潮差显著增大。海水水位具有按照类似与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；满潮与干潮两者的水位差称为潮差。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。
一涨一落能发电
1.潮汐能发电原理
潮汐能利用可分为两种形式：一是利用潮汐的动能，直接利用潮流前进的力量来推动水车、水泵或水轮机发电；二是利用潮汐的位能，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，效率又低，所以，潮汐发电多采用后一种形式，即利用潮汐的位能。
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，也就是把海水涨落的能量变为机械能，再把机械能变为电能的过程。一般采取把靠海的河口或海湾用一条大坝与大海分开，形成天然水库，发电机组安装在拦海大坝里，利用潮汐涨落的位差能来推动水力涡轮发电机组发电。它的特点是涨潮和落潮过程中水流方向相反，双向推动水力涡轮转动，且水流速度也有变化。这一点虽给潮汐发电带来技术上的一些特殊困难，但可通过调节控制水库流量和用电气线路转变的方法得到解决。而它的优点也在于不受洪水，枯水的水文因素影响，功率反而比较稳定。
2.潮汐能发电形式
潮汐能发电站的发电原理与反击式水轮机发电类似，它的大坝建在河口或海湾处，将外海与水库隔开，库中的海水由涨潮时灌入，落潮时库中的海水再流向外海。潮汐能发电站的建设方案有10种左右，有单库单向式、单库双向式、双库式、发电结合抽水蓄能式等，这里只介绍经常应用的四种。
（1）单库单向式发电站
这种潮汐发电站仅建造1个水库调节进出水量，安装单向水轮发电机组，在落潮或涨潮时发电。因落潮发电可利用的水库容量和水位差比涨潮大，故一般采用落潮发电方式。在一个潮汐周期内，电站依充水、等候、发电和等候四个工况运行。
充水工况：停止发电，开启水库，海侧上涨的潮水经水闸和水轮机进入水库，至库内外水位齐平为止。
等候工况：关闭水闸，水轮机停止过水，水库水位保持不变。海侧水位因落潮逐渐下降，直至水库内外水位差达到机组启动水头。
发电工况：机组发电，水库水位逐渐下降至与海侧水位差小于机组发电所需的最低水头。
等候工况：机组停机，也不让过水。水库水位保持不变，海侧水位因涨潮逐渐上升，至水库两侧水位齐平，转入下一周期。
单库单向式发电站只需建造一道坝堤，并且水轮发电机组仅需满足单方向通水发电的要求即可，因而发电设备的结构和建筑物都比较简单，投资较少。但是，因为这样电站只能在落潮时单方向发电，所以每日发电时间较短，发电量较少。在每天有2次潮汐涨、落的地方、平均每天仅可发电9～11小时，使潮汐能得不到充分的利用，一般电站效率（潮汐能利用率）仅为22%。
（2）单库双向式发电站
单库双向式潮汐能发电站与单库单向式潮汐能发电站一样，也只有一个水库，但不管是涨潮还是落潮均在发电。涨潮时外海水位要高于水库水位，落潮时水库水位要高于外海水位，通过控制，在使内外水位差大于水轮发电机所需要的最小水头时才能发电。若保证涨潮、落潮均能发电，一是采用双向水轮发电机组，以适应涨潮、落潮时相反的水流方向；二是建造适于水流变向的流通结构。我国最大的潮汐电站，位于浙江省温岭市乐清湾的江夏潮汐电站（年发电量为10.7×106千瓦·小时）为单库双向式。机组水阀“开”为运转发电；机组水阀“过水”为只过水不运转发电。
由于单库双向式电站在涨潮、落潮过程中均能发电，因此，每日发电时间延至14～16小时，较充分地利用了潮汐能量，电站效率可提高至34%。
（3）双库（高、低库）式发电站
这种潮汐发电方式需要建造两个互相毗连的水库。其中一个水库设进水闸，仅在潮水位比库内水位高时引水进库；另一个水库设泄水闸，仅在潮水位比库内水位低时泄出水库。如此一来，前一个水库的水位始终较后一个水库的水位高。故前者称为高位水库，后者则称为低位水库。高位水库与低位水库之间终日保持着水位差，双向水轮发电机组放置于两水库之间的隔坝内，水流即可终日通过水轮发电机组不间断地发电。浙江乐清湾中部的海山潮汐发电站（装机容量150千瓦）就采用双库式发电。
（4）发电结合抽水蓄能式发电站
在潮汐电站水库水位与潮位接近而且水头小时，用电网的电力抽水蓄能。涨潮时将海水抽入水库，落潮时将库内的水往海中抽，以增加发电时的有效水头，提高发电量。
按正规半日周期潮计，单库单向式每昼夜发电2次，平均日发电9～11小时；单库双向式每昼夜发电4次，平均日发电14～16小时，发电时间和发电量均比单库单向式多，但由于要兼顾正反两向发电，发电平均效率比单库单向式低，而且机组结构较复杂。目前国内外研究认为，双库造价昂贵，单库落潮发电较好。但何种方式最佳，要根据当地潮型、潮差、地形条件、电力系统负荷要求、发电设备的组成、建筑材料和施工条件等技术经济指标进行选择。
3.潮汐电站组成
潮汐电站工程主要由电站建筑物和机电设备组成。电站建筑物主要有堤坝、泄水闸和发电厂房等，有通航要求的潮汐电站还应设置船闸。
（1）堤坝
用来将水库与外海隔开，形成落差。多用海上围堰法筑黏土心墙坝、堆石坝和土坝。因筑于海上，施工条件恶劣，因此，国外使用预制混凝土浮运沉箱法筑坝建站。
（2）泄水闸
用来对水库泄水和充水。闸型一般采用平原地区挡潮闸常用的胸墙孔口平底堰闸。近几年，我国发展了预制浮运闸，这种闸是先预制好各种闸门构件，由船浮运到建闸地点，定点沉放安装而成。施工时不用围堰或在岸上开挖，施工方法简单，工程量少，投资少，在我国沿海大量使用。
（3）发电厂房
发电厂房包括水轮发电机组、输配电设备、起重设备、中央控制室、下层水流通道和闸门等。
4.潮汐电站的特殊技术
（1）防腐防浊
潮汐电站在海洋环境中与河川电站不同，金属材料很容易被海水腐蚀，在结构物上又有海生物附着。为此，常采用防腐涂料和阴极保护措施，并选用耐腐蚀材料，有时还要采取人工清污。
实践证明，环氧沥青防腐涂料比较经济实用；以氧化亚铜为主的防污漆可避免海洋生物附着；用氯化橡胶涂覆在金属物构件和钢筋混凝土的表面，可使灯泡体、流道和喇叭口能减轻污损。
