4.1 Nhà máy thuỷ điện thuỷ triều;
Tại những vùng bờ biển có mức nước thủy triều lên xuống chênh lệch lớn ( >7m ), lợi dụng dòng nước chảy vào và chảy ra ở các cửa vịnh (tự nhiên hoặc nhân tạo), người ta xây dựng các nhà máy thủy điện (NMĐ thủy triều). Về bản chất, thủy triều là hiện tượng nước biển dâng lên hạ xuống theo lực hấp dẫn của mặt trăng. Theo chu kỳ tháng (âm lịch), tại những khu vực mặt trăng đi ngang qua mức nước biển ở đó dâng lên, hạ xuống một lần. Có những vùng bờ biển mức nước thủy triều lên xuống chênh lệch rất lớn như vùng Fandi (Canađa) 19m, Tây Bắc Mỹ 10m, Arcgentina 11m, một số vùng biển ở Anh, Pháp tới 14m .
Tại một số khu vực bờ biển thuộc LX cũ cũng có mức thủy triều chênh lệch lớn như vịnh Pengin (13,4m), Tugur và Megen (10m) ... có thể xây dựng được những NMĐ thủy triều công suất rất lớn. ở Việt Nam thủy triều (6-8)m xuất hiện ở các khu vực biển Móng Cái, Hà Tiên. Tiềm năng lý thuyết của năng lưuợng thủy triều trên trái đất rất lớn (2,5 lần tiềm năng của tổng các dòng sông). Vì thế NMĐ thủy triều là đối tưuợng nghiên cứu và xây dựng ở rất nhiều nơi.
Hình vẽ mô tả cấu trúc và hoạt động của NMĐ thủy triều chạy đơn. Công trình chính của nhà máy vẫn là đập ngăn nước tại cửa vịnh. Có hệ thống cống để điều khiển cột nước. Hệ thống dẫn nước vào tua-bin của của NMĐ thủy triều thường có các van một chiều đảm bảo cho nước chảy qua tua-bin theo một chiều duy nhất trong khi nước vào ra từ biển đến vịnh đổi chiều theo chu kỳ. Điều khiển cột nước bằng hệ thống cống theo thời gian lên xuống của thủy triều (tương ứng với ngày âm lịch) là phương thức vận hành cơ bản của NMĐ thủy triều. Cần lựa chọn đúng thời điểm chuyển đổi phương thức vận hành (hình 1.7,b):
t 1 - Đóng cống, không chạy máy (chờ đến cột nước Hmin) ; t2 - Đóng cống, chạy máy (phát công suất thiết kế) ;
t3 - Mở cống, ngừng máy (nước vịnh hạ xuống bằng mức nước biển); t 4 - Đóng cống, không chạy máy (chờ đến cột nước Hmin) ;
t 5 - Đóng cống, chạy máy (phát công suất thiết kế);
t 6 - Mở công, ngừng máy (nước vịnh dâng lên bằng mức nước biển); t 7 - Lặp lại như giai đoạn t1.
Do phải có các thời gian chờ cột nước đạt đến quy định vận hành nên công suất của NMĐ thủy triều phát không liên tục và nhà máy cần được nối làm việc với hệ thống. Ngoài ra, tua-bin của NMĐ thủy triều còn cần được chế tạo đặc biệt để thích hợp làm việc với cột nước thấp, nhờ thế khoảng thời gian làm việc trong chu kỳ (ứng với H = Hmin ) có thể kéo dài. Vịnh thường có thể tích rất lớn, đủ nước cung cầp cho nhiều tổ
máy đồng thời vận hành. Vì thế công suất tổng của các NMĐ thủy triều có thể rất lớn, hàng năm cung cấp cho hệ thống một lượng điện năng đáng kể.
Để có điện năng phát liên tục, người ta cũng tạo ra NMĐ thủy triều làm việc theo nhiều phần khác nhau của hồ (vịnh). Tuy nhiên khi đó điện năng tổng nhận được luôn thấp hơn của nhà máy làm việc theo chu kỳ đơn. Trên thế giới nhiều NMĐ thủy triều được xây dựng với công suất rất lớn. NMĐ thủy triều Rance (Pháp) với công suất 400MW, hàng năm cung cấp tới 500.000 kWh điện năng. ở LX cũ, sau khi xây dựng thử nghiệm NMĐ thủy triều đầu tiên 400kW vào năm 1968 (ở vùng biển Baenxova) đã xây dựng hàng loạt NMĐ thủy triều công suất lớn vào những năm 1981-1985. Điển hình là các NMĐ thủy triều Lumb 300 MW, Mezen và Tugur (10.000MW), Pengin 30.000 MW. Vùng vịnh Fandi của Canada có các nhà máy Kamberland 1000MW, Kouwid 4000MW. ở Anh có nhà máy điện thủy triều Severn 4000M.
4.2 Nhà máy thuỷ điện tích năng.
Đây là kiểu NMTĐ không sử dụng năng lượng của dòng sông mà nhiệm vụ của nó chỉ là biến đổi 2 chiều: điện năng của HTĐ thành cơ năng của nước và ngược lại. Vì không sử dụng năng lượng của dòng sông nên vị trí xây dựng NMTĐ tích năng thường được chọn ở những nơi có vị trí cao thuận lợi xây dựng được hồ, bên cạnh khu vực thấp luôn có nước (dòng sông, đầm nước hoặc bờ biển) để có thể bơm nước lên hồ và thoát nước cho nhà máy. ưu tiên các vị trí gần các trung tâm phụ tải để giảm tổn thất cho lưới. Đôi khi có thể kết hợp xây dựng với NMTĐ thường (kiểu hỗn hợp) ở những dòng sông nhỏ nhưng lại có hồ cao, dung tích rất lớn để phát triển thêm các tổ máy làm việc theo kiểu tích năng.
Hình vẽ mô tả NMTĐ tích năng có sơ đồ giống như NMTĐ kiểu hỗn hợp. Sự khác biệt chủ yếu ở đây là trong nhà máy vừa có tua-bin nước vừa có bơm. Tua-bin để quay máy phát điện khi cần phát điện năng vào HTĐ, còn bơm sử dụng điện lưới để bơm nước lên hồ. Người ta cũng chế tạo kiểu tua-bin nước đặc biệt, có thể làm việc cả ở chế độ bơm (máy phát cũng làm việc được ở chế độ động cơ đồng bộ). Về chế độ làm việc, NMTĐ
tích năng hoạt động theo giờ trong ngày. Vào những giờ cao điểm của phụ tải hệ thống, NMTĐ tích năng sử dụng nước của hồ chạy tua-bin, quay máy phát điện để phát điện vào hệ thống còn vào những giờ thấp điểm của phụ tải , nhà máy sử dụng điện lưới chạy bơm để đưa nước lên hồ. Hiệu quả hoạt động của NMTĐ tích năng rất lớn. Nhờ khả năng điều chỉnh công suất nhanh trong phạm vi rộng (từ âm sang dương) mà HTĐ làm việc kinh tế hơn: các NMNĐ được làm việc ổn định trong phạm vị công suất có hiệu suất cao, không phải đóng cắt lò (do đó không mất chi phí khởi động), tổn thất điện năng trên lưới cũng giảm (theo chế độ vận hành tối ưu). Nói chung các hiệu quả trên (tính bằng tiền) thường lớn hơn rất nhiều lần so với chi phí tổn thất năng lượng (do 2 lần biến đổi) ở chính bản thân NMTĐ tích năng.
Có thể hiểu đơn giản hiệu quả của NMTĐ tích năng như là khả năng cắt đỉnh và bù đáy biểu đồ phụ tải tổng hệ thống. Nhờ thế khi vận hành tối ưu, chi phí vận hành chung của toàn hệ thống giảm nhiều, đặc biệt trong trường hợp có một tỉ lệ lớn các NMNĐ làm việc với hiệu suất thay đổi (khi điều chỉnh công suất). Khi trong HTĐ có nhiều NMĐ không mong muốn điều chỉnh công suất và không có khả năng giảm thấp công suất (NĐ than, NMĐ nguyên tử) thì vai trò của các NMTĐ tích năng càng quan trọng hơn.
Một điểm đáng chú ý là tổn thất năng lượng qua 2 lần biến đổi ở NMTĐ tích năng khá lớn (tới gần 30%) và phụ thuộc nhiều vào cột nước. Cột nước càng cao thì tỉ lệ tổn thất càng ít (hiệu suất biến đổi lơn hơn), do đó vị trí có hồ cao sẽ thuận lợi cho việc lựa chọn xây dựng NMTĐ tích năng.
Trên thế giới đang có một số lượng lớn các NMTĐ tích năng vận hành. Hầu nh- các HTĐ lớn có tỉ lệ đáng kể các nhà máy nhiệt điện và điện nguyên tử đều đ-ợc nghiên cứu xây dựng NMTĐ tích năng. ở các HTĐ thuộc LX cũ nhiều NMTĐ tích năng được xây dựng ngay ngoại ô các thành phố lớn (cung cấp thẳng đến trung tâm phụ tải) như Kiev (285 MW), Matxcơva 1200 MW, Litva 1600 MW, Leningrad (1300 MW), Trung á (2000 MW), Đnhep (2200 MW), Kanhep (3600 MW). ở Pháp hàng chục NMTĐ tích năng được phát triển đồng thời với quá trình xây dựng các NMĐ nguyên tử nhằm đảm bảo nhu cầu điều chỉnh công suất và tích lũy điện năng. Tại Việt Nam các dự án xây dựng NMTĐ tích năng đã bắt đầu được nghiên cứu. Khó khăn chủ yếu là phải lựa chọn được các vị trí thích hợp (mới đảm bảo tính kinh tế và hiệu suất làm việc).