Pale eoliche sempre più alte e rischio sismico: la sfida dei sistemi dissipativi alla base delle torri

Presentato ad ANIDIS 2026, il lavoro di Ettore Sorge affronta uno dei temi più attuali dell’ingegneria strutturale applicata alle energie rinnovabili: la protezione delle turbine eoliche soggette all’azione combinata di vento e terremoto. La ricerca, sviluppata presso l’Università degli Studi di Napoli Parthenope, propone un innovativo sistema dissipativo installato alla base della torre, capace di ridurre sensibilmente i momenti flettenti e gli effetti di fatica che rappresentano oggi uno dei principali limiti progettuali delle grandi turbine.

L’evoluzione delle turbine eoliche tra sostenibilità e vulnerabilità strutturale

Negli ultimi vent’anni il settore eolico ha registrato una crescita impressionante, trainata dalla necessità di ridurre l’impiego dei combustibili fossili e soddisfare una domanda energetica globale in continuo aumento. Il dato di oltre 117 GW di nuova capacità installata nel solo 2024 testimonia una trasformazione energetica ormai irreversibile, che ha portato alla diffusione di impianti eolici anche in aree caratterizzate da elevata pericolosità sismica, come Italia, Grecia, Turchia e penisola iberica.

Parallelamente all’aumento del numero di impianti, il settore sta vivendo una corsa verso turbine sempre più grandi. Le macchine offshore puntano verso potenze dell’ordine dei 25 MW, mentre quelle onshore potrebbero raggiungere i 15 MW entro il 2030, con altezze superiori ai 300 metri. Una tendenza che consente di incrementare l’efficienza energetica ma che introduce criticità strutturali sempre più severe.

L’aumento delle dimensioni comporta infatti un incremento delle oscillazioni, delle sollecitazioni alla base della torre e dei fenomeni di fatica sui componenti strutturali e meccanici. In condizioni estreme possono verificarsi instabilità locali della sezione alla base, danneggiamenti dei bulloni di connessione, problemi alle fondazioni e persino fenomeni di ribaltamento. Sorge ha ricordato anche un caso reale verificatosi in Turchia nel 2009, quando un evento sismico provocò l’instabilità di una torre eolica, evidenziando la vulnerabilità di queste strutture nei confronti dei terremoti.

La presente relazione è stata presentata ad ANIDIS 2025 (Assisi, 7-11 settembre) e gli autori sono: Nicola Caterino, Ettore Sorge e Carlos Andres Riascos Gonzalez.

Un dispositivo dissipativo alla base della torre

Per affrontare queste criticità, la ricerca internazionale si sta orientando verso sistemi di controllo passivo in grado di dissipare l’energia indotta dalle azioni dinamiche. In questo contesto si inserisce il dispositivo sviluppato dal gruppo di ricerca di Sorge, denominato HSFD – Inge Spring Friction Device.

Il sistema viene installato alla base della torre ed è composto da tre elementi che lavorano in parallelo: una cerniera che consente microrotazioni controllate della struttura, molle rotazionali con funzione di ricentraggio e controllo della deformazione, e dissipatori a frizione incaricati di assorbire energia durante gli eventi estremi.

Il principio di funzionamento è relativamente semplice ma estremamente efficace. Quando il momento alla base della torre supera una soglia prefissata, definita momento di friction, il dispositivo entra in funzione permettendo piccole rotazioni della torre. Questo movimento attiva simultaneamente il sistema di molle e i dissipatori, avviando il processo di dissipazione energetica. Le molle garantiscono il ritorno in posizione della struttura, mentre i damper riducono le sollecitazioni trasmesse alla torre.

Il sistema si differenzia dai più comuni dispositivi utilizzati nel settore eolico, come i Tuned Mass Damper (TMD) o i Tuned Liquid Damper (TLD), perché interviene direttamente alla base della struttura, agendo sul comportamento globale della torre anziché limitarsi al controllo delle vibrazioni locali.

Particolarmente interessante è anche la fase di sviluppo applicativo. Dopo la validazione numerica, il gruppo di ricerca sta lavorando sia alla realizzazione fisica del dispositivo sia alla sperimentazione in scala ridotta mediante tavole vibranti e gallerie del vento. Tra le configurazioni ipotizzate compare un sistema con giunto sferico centrale e anelli concentrici dissipativi e elastici, oltre a soluzioni che impiegano dispositivi già disponibili in commercio opportunamente adattati all’impiego verticale sulle torri eoliche.

XX Convegno ANIDIS: focus su sicurezza sismica e vulnerabilità del costruito
Ad Assisi si è svolto il XX Convegno ANIDIS, principale appuntamento per la comunità dell’ingegneria sismica. Al centro del dibattito: vulnerabilità del costruito, tecniche di rinforzo, monitoraggio strutturale, nuovi materiali, strategie multi-hazard e politiche di riduzione del rischio. INGENIO segue l’evento con video e interviste ai protagonisti.
LEGGI L'APPROFONDIMENTO

Simulazioni numeriche e riduzione delle sollecitazioni fino al 40%

Lo studio presentato ad ANIDIS ha riguardato una turbina eolica da 5 MW installata idealmente nell’area di Avellino, scelta per la sua significativa esposizione sia ai carichi da vento sia al rischio sismico.

La metodologia sviluppata dai ricercatori si articola in quattro fasi: definizione del modello aerodinamico della turbina, modellazione strutturale della torre con e senza dispositivo, generazione dei carichi da vento e terremoto e infine simulazione dinamica con procedure di ottimizzazione finalizzate alla riduzione delle sollecitazioni.

Per le analisi sono stati considerati sette differenti scenari di vento e sette accelerogrammi spettrocompatibili, successivamente combinati tra loro per simulare condizioni realistiche di azione simultanea vento-sisma. Il confronto è stato effettuato tra una configurazione “Fixed Base”, ossia la torre tradizionale, e una configurazione “Rotational Base”, equipaggiata con il dispositivo dissipativo.

I risultati ottenuti mostrano riduzioni molto significative del momento flettente alla base. Quando il dispositivo viene progettato considerando esclusivamente i carichi da vento, la riduzione media raggiunge il 35%. Ma il dato più interessante emerge quando la calibrazione tiene conto anche dell’azione sismica combinata: in questo caso la riduzione arriva al 40%.

Nel caso studio illustrato durante la conferenza, il momento alla base della torre passa da 352 MNm nella configurazione tradizionale a 208 MNm con il sistema dissipativo attivo. Una diminuzione estremamente rilevante, che potrebbe tradursi in minori richieste strutturali, maggiore durabilità e una riduzione dei costi di manutenzione e gestione dell’intera turbina.

Verso nuove strategie di progettazione per l’eolico in area sismica

Il lavoro di Ettore Sorge evidenzia come il futuro dell’energia eolica non dipenda soltanto dall’efficienza aerodinamica o dall’incremento della potenza installata, ma anche dalla capacità di sviluppare soluzioni strutturali innovative in grado di garantire sicurezza, affidabilità e durabilità in scenari sempre più complessi.

L’interazione tra vento e terremoto rappresenta infatti una delle nuove frontiere dell’ingegneria delle strutture per le energie rinnovabili. In questo quadro, i sistemi dissipativi passivi installati alla base delle torri potrebbero diventare una strategia chiave per la progettazione delle turbine di nuova generazione, soprattutto nei territori ad elevata sismicità del Mediterraneo.

Le prossime fasi della ricerca saranno dedicate alla validazione sperimentale del sistema e alla verifica delle sue prestazioni in condizioni reali. Un passaggio decisivo per trasformare un promettente modello numerico in una tecnologia concretamente applicabile al mercato eolico internazionale.

DI SEGUITO L'INTERVENTO INTEGRALE DI ETTORE SORGE.

Il testo è stato elaborato tramite la videoregistrazione dell'intervento, con l'aiuto dell'IA.

IN SINTESI
-La crescita del mercato eolico globale sta portando all’installazione di turbine sempre più grandi anche in aree ad alta pericolosità sismica, come Italia, Grecia e Turchia.
-Le moderne turbine eoliche, alte oltre 300 metri e con potenze fino a 25 MW, sono soggette a forti sollecitazioni dovute all’azione combinata di vento, terremoti e fenomeni di fatica strutturale.
-La ricerca presentata da Ettore Sorge ad ANIDIS 2026 propone un innovativo sistema dissipativo passivo installato alla base della torre eolica.
-Il dispositivo HSFD combina cerniera, molle rotazionali e dissipatori a frizione per ridurre le oscillazioni, dissipare energia e ricentrare la struttura dopo eventi estremi.
-Le simulazioni numeriche su una turbina da 5 MW mostrano una riduzione del momento alla base fino al 40%, aprendo nuove prospettive per la sicurezza e la durabilità delle turbine eoliche in zona sismica.