PCS Grid-Forming vs Grid-Following: cosa dovrebbero sapere i proprietari dei progetti
Con i sistemi di accumulo di energia (ESS) che stanno diventando una risorsa centrale nei sistemi elettrici commerciali, industriali e utility-scale, il Power Conversion System (PCS) non è più considerato un semplice convertitore DC/AC. Oggi è riconosciuto come il centro di controllo che determina come un sistema di accumulo interagisce con la rete elettrica, con i carichi locali e con altre risorse energetiche distribuite (DER).
Una delle differenze più importanti — e spesso fraintese — nelle moderne tecnologie PCS è quella tra le architetture di controllo Grid-Following e Grid-Forming.
Per proprietari di progetto, EPC e investitori, comprendere questa distinzione è fondamentale. La scelta tra PCS Grid-Following e Grid-Forming influisce direttamente su stabilità del sistema, resilienza, scalabilità, conformità alla rete e ritorno sull’investimento (ROI) a lungo termine.
Questo articolo fornisce una spiegazione pratica orientata ai project owner, illustrando come funzionano i due approcci, in quali scenari sono più adatti e quali fattori chiave considerare nella selezione del PCS per progetti reali di accumulo energetico.
Che cos’è un Power Conversion System (PCS)?
Il PCS è l’interfaccia tra il sistema di batterie (lato DC) e la rete elettrica o i carichi (lato AC). Oltre alla semplice conversione di potenza, un PCS moderno è responsabile di:
Controllo della potenza attiva e reattiva
Regolazione di tensione e frequenza
Sincronizzazione con la rete
Gestione della qualità dell’energia
Transizioni fluide tra modalità on-grid, off-grid e ibride
Stabilità del sistema in ambienti con più fonti energetiche
La filosofia di controllo adottata dal PCS determina se esso opera in modalità Grid-Following o Grid-Forming.
Che cos’è un PCS Grid-Following?
Definizione
Un PCS Grid-Following opera sincronizzandosi a una tensione e frequenza di rete già esistenti. Misura i parametri della rete e inietta corrente di conseguenza.
In termini semplici:
Un PCS Grid-Following ha bisogno di una rete stabile per funzionare correttamente.
Presuppone che tensione e frequenza siano già stabilite dalla rete pubblica o da altre fonti grid-forming, come i generatori sincroni.
Come funziona il controllo Grid-Following
I PCS Grid-Following utilizzano tipicamente un Phase-Locked Loop (PLL) per seguire la tensione e la frequenza di rete. Una volta sincronizzati, controllano:
Potenza attiva (kW)
Potenza reattiva (kVar)
Tuttavia, non regolano autonomamente tensione e frequenza.
Applicazioni tipiche del PCS Grid-Following
Il PCS Grid-Following è comunemente utilizzato in:
Sistemi di accumulo C&I connessi alla rete
Applicazioni di peak shaving e energy arbitrage
Sistemi fotovoltaici con accumulo collegati a reti stabili
Progetti in cui la rete è sempre disponibile
Vantaggi del PCS Grid-Following
Tecnologia matura e ampiamente diffusa
Minore complessità di sistema
Soluzione economicamente efficiente per applicazioni on-grid
Ben compresa da utility ed EPC
Limitazioni del PCS Grid-Following
Impossibilità di funzionare senza rete
Prestazioni limitate in condizioni di rete debole
Nessuna capacità di black start
Non adatto a sistemi in isola o completamente off-grid
Per progetti che richiedono elevata resilienza o indipendenza dalla rete, queste limitazioni diventano critiche.
Che cos’è un PCS Grid-Forming?
Definizione
Un PCS Grid-Forming crea e regola attivamente tensione e frequenza. Invece di seguire la rete, si comporta come una fonte di tensione, simile a un generatore sincrono virtuale.
In parole semplici:
Un PCS Grid-Forming è in grado di creare una rete, anziché dipendere da essa.
Come funziona il controllo Grid-Forming
I PCS Grid-Forming utilizzano algoritmi di controllo avanzati come:
Virtual Synchronous Generator (VSG)
Controllo a droop
Inerzia virtuale
Questi permettono al PCS di:
Stabilire tensione e frequenza
Condividere il carico in modo dinamico con altre fonti
Mantenere la stabilità in presenza di variazioni improvvise di carico
Supportare black start e funzionamento in isola
Applicazioni tipiche del PCS Grid-Forming
Il PCS Grid-Forming è sempre più utilizzato in:
Microreti off-grid e sistemi in isola
Sistemi ibridi on-grid/off-grid
Reti deboli o instabili
Data center e infrastrutture critiche
Sistemi con elevata penetrazione di rinnovabili
Vantaggi del PCS Grid-Forming
Consente il vero funzionamento off-grid
Supporta la funzione di black start
Migliora la stabilità complessiva del sistema
Ideale per microreti e sistemi ibridi
Preparato per i futuri requisiti di rete
Sfide del PCS Grid-Forming
Architettura di controllo più complessa
Maggiori requisiti di ingegneria e commissioning
Necessità di competenze di progettazione a livello di sistema
Investimento iniziale leggermente superiore
In molti progetti, queste sfide sono compensate dai benefici operativi ed economici nel lungo periodo.
Grid-Forming vs Grid-Following: differenze chiave
Piuttosto che limitarsi a un confronto puramente tecnico, i project owner dovrebbero valutare come queste differenze si riflettano nei risultati operativi reali.
Un PCS Grid-Following dipende completamente da una rete esistente che fornisce tensione e frequenza. Fornisce potenza, ma non si assume la responsabilità della stabilità del sistema. In reti forti e stabili, questo approccio è efficace e conveniente. In reti deboli o instabili, le prestazioni possono invece degradarsi in modo significativo.
Un PCS Grid-Forming, al contrario, si assume la responsabilità di stabilire e mantenere tensione e frequenza. Operando come fonte di tensione anziché di corrente, è in grado di garantire condizioni operative stabili anche in assenza o inaffidabilità della rete pubblica. Questo abilita il black start, l’islanding senza interruzioni e un funzionamento affidabile in modalità off-grid o ibrida.
Dal punto di vista del project owner, la differenza fondamentale è la responsabilità: il PCS Grid-Following presuppone una rete stabile, mentre il PCS Grid-Forming fornisce attivamente la stabilità.
Perché questa scelta è importante per i project owner
1. Resilienza e affidabilità del sistema
Se blackout, cali di tensione o instabilità della rete sono una preoccupazione concreta, il PCS Grid-Forming offre un livello di resilienza nettamente superiore.
2. Requisiti futuri della rete
Con l’aumento della penetrazione delle fonti rinnovabili, i gestori di rete richiedono sempre più spesso funzionalità di supporto e formazione della rete da parte delle risorse distribuite.
Scegliere oggi un PCS Grid-Forming può ridurre costi di adeguamento futuri.
3. Funzionamento in microrete e modalità ibrida
Per progetti che devono operare in isola, anche solo temporaneamente, il PCS Grid-Forming è essenziale.
4. ROI e valore nel ciclo di vita
Sebbene un PCS Grid-Forming possa richiedere un investimento iniziale più elevato, spesso garantisce:
Maggiore disponibilità del sistema
Minori vincoli operativi
Maggiori opportunità di ricavo
Riduzione dei rischi a lungo termine
Tutto ciò si traduce in un migliore ROI sull’intero ciclo di vita.
Possono coesistere PCS Grid-Following e Grid-Forming?
Sì. Nei sistemi di accumulo più avanzati sono sempre più comuni architetture ibride:
Il PCS Grid-Forming stabilisce tensione e frequenza
Il PCS Grid-Following ottimizza l’erogazione della potenza
Un EMS ben progettato coordina entrambe le modalità per massimizzare prestazioni, stabilità e ritorni economici.
Domande chiave da porre ai fornitori di PCS
Prima di selezionare un PCS, i project owner dovrebbero chiedere:
Il PCS supporta il funzionamento Grid-Forming?
È supportata la transizione senza interruzioni tra modalità on-grid e off-grid?
Come si comporta il PCS in condizioni di rete debole?
Quali algoritmi di controllo vengono utilizzati (VSG, droop, inerzia virtuale)?
In che modo la scelta del PCS influisce sulla sicurezza e sul ROI del sistema?
Conclusione
La scelta tra PCS Grid-Following e PCS Grid-Forming non è più un semplice dettaglio tecnico, ma una decisione strategica che influenza resilienza, flessibilità, conformità alla rete e performance economica di un progetto di accumulo.
Per applicazioni tradizionali puramente on-grid, il PCS Grid-Following può essere sufficiente. Tuttavia, per progetti che richiedono affidabilità, scalabilità e preparazione al futuro, il PCS Grid-Forming sta rapidamente diventando la soluzione preferita.
I project owner che comprendono questa differenza e la integrano fin dalle prime fasi di progettazione saranno meglio posizionati per massimizzare il valore a lungo termine dei loro investimenti in sistemi di accumulo energetico.