Forschung: Vögel an Windenergieanlagen automatisch erkennen

29. August 2017 | Kira Crome

© Oregon State University

US-Forscher entwickeln ein kamerabasiertes System, das anfliegende Greifvögel erkennt und automatisch vertreibt.
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In den USA entwickeln Wissenschaftler am College of Engineering der Oregon State University ein intelligentes System für Windenergieanlagen, dass anfliegende Greifvögel erkennt und sie automatisch vergrämt. Ähnliche kamerabasierte Technologien sind auch in Europa in der Erprobung. Sie sollen helfen, den Einklang von technischer Infrastruktur und Natur in Einklang zu bringen.

Ulf Muuß geht auf dem weitläufigen Gelände des Flughafens Köln/Bonn Patrouille. Seine Aufgabe: Er hält Ausschau nach Vögeln. Der Berufsjäger gehört zum Bird Control-Team des Flughafens und ist für den Vogelschutz im Umfeld der Start- und Landebahnen zuständig. Um Vögel von der Gefahrenzone der Flugzeuge fernzuhalten, wird das Gelände so unattraktiv wie möglich gestaltet. Das Gras bleibt wadenhoch stehen, damit beispielsweise jagende Mäusebussarde Beutetiere nicht ausmachen können. Nähern sie sich doch, kommt Pyroakustik zum Einsatz, um die Vögel mit Knallkörpern von dem Areal zu verscheuchen. Vergrämung heißt das in der Fachsprache. Das Ziel: Die intensive Nutzung technischer Infrastruktur mit dem Natur- und Artenschutz in konfliktträchtigen Bereichen in Einklang zu bringen.

Auch bei der Windenergienutzung werden sogenannte Vermeidungsmaßnahmen angewendet. Sie sollen gemäß dem Bundesnaturschutzgesetz dabei helfen, Gefährdungen insbesondere von geschützten Arten wie beispielsweise dem Rotmilan oder der Rauhautfledermaus vorsorglich zu vermeiden oder das Kollisionsrisiko an den Rotoren zu mindern. Das Spektrum der Möglichkeiten ist breit: Es reicht von der kleinräumigen Optimierung des Standorts auf Basis von Raumnutzungsanalysen bei der Planung über die Anpassung der Anlageneigenschaften und der Betriebsführung bis zur artspezifischen Weglockung durch eine entsprechende Gestaltung des Anlagenumfelds. Derzeitig befinden sich auch Vergrämungsmethoden in der Forschung. Sie nutzen akustische Warnsignale, elektromagnetische Strahlen oder visuelle Reize, um Vögel und Fledermäuse davon abzuhalten, in den Bereich der Rotoren zu fliegen. Allerdings werden diese technisch gestützten Abschreckungsmethoden zum Artenschutz bei der Windenergienutzung in Deutschland bislang kaum eingesetzt.

„Genehmigungsbehörden machen den Anlagenbetreibern zum Beispiel eher pauschale Abschaltzeiten zu bestimmten Zeiten im Jahr zur Auflage, um vorkommende Arten zu schützen“, sagt Verena Busse von der EnergieAgentur.NRW. Der Grund: Es ist wissenschaftlich noch nicht erwiesen, wie wirksam die Vermeidungs- und Vergrämungsmethoden tatsächlich sind. Es existieren nur wenige Studien; Experten sprechen von grundlegendem Forschungsbedarf, um den derzeitigen Kenntnisstand zu verbessern. Entsprechend befinden sich erste technische Systeme zur Steuerung von Vermeidungs- und Vergrämungsmethoden an Windenergieanlagen noch in der Entwicklung und in der Erprobung. Sie zielen darauf ab, im Anflug befindliche Tiere mittels an den Anlagen installierter hochauflösender Radar- oder computergestützter Kameratechnik zu erkennen, um dann – sofern sie an entsprechende Module gekoppelt sind – automatisch entsprechende Verscheuchungsmethoden zu aktivieren oder die Anlagen abzuregeln. Das Problem: Aufgrund der Bandbreite an windenergiesensiblen Tierarten von Greif- über Zugvögel bis zu wandernden Fledermäusen muss die automatisierte Erkennung artspezifisch funktionieren und anfliegende Objekte nicht nur in Echtzeit erfassen, sondern auch identifizieren, um zuverlässig reagieren zu können. Bislang sind die Entwicklungen noch nicht ausgereift.

In den USA wollen Wissenschaftler jetzt ein intelligentes Erkennungs- und Vergrämungssystem für Windenergieanlagen entwickeln und zur Praxisreife bringen, das speziell auf in Nordamerika beheimatete geschützte Greifvogelarten wie dem Weißkopfseeadler und dem Steinadler reagiert. „Wir arbeiten an einem dreistufigen System zum Schutz der Adler“, sagt Professor Roberto Albertani, Forschungsprojektleiter am College of Engineering der Oregon State University. Seinem Team gehören Informatiker und Computertechniker sowie Biologen und Statistiker an. Eine Systemkomponente ist eine auf der Windenergieanlage installierte Kamera, die mit einem Computer verbunden ist. Die Bildauswertung soll als weitere Teilkomponente erkennen können, ob es sich bei einem anfliegenden Vogel um einen Adler handelt und ob der Vogel auf den Rotorbereich zufliegt. Identifiziert das System einen Greifvogel, der den Rotoren gefährlich nahekommt, soll das System als dritte Komponente einen Vergrämungsmechanismus aktivieren. Bei der Wahl der Mittel orientieren sich die Entwickler an der natürlichen Abneigung der Adler gegen Menschen. Zum Einsatz sollen sich in zufälligen Mustern bewegende „Vogelscheuchen“ kommen – leuchtend angemalte Ebenbilder von Menschen. „Es gibt dazu noch keine Forschung“, sagt Albertani, „aber wir hoffen, dass diese die Adler davon abhalten, dichter an die Windenergieanlagen heran zu fliegen.“ Um die Datenlage zu dokumentieren, wollen die Forscher außerdem an den Rotorblättern erschütterungsempfindliche Vibrationssensoren installieren. Sie reagieren, wenn etwas auf der Länge des Flügels aufschlägt und aktivieren eine am Rotorblatt montierte Mikro-Videokamera. Von deren Bildaufnahmen versprechen sich die Forscher genaueren Aufschluss darüber, was genau mit der Anlage kollidiert, wann und wie häufig.

Das vom amerikanischen Energieministerium geförderte, auf zweieinhalb Jahre angelegte Forschungsprojekt soll die ausgefeilte Technik entwickeln und auf Windtestfeldern in den Bundesstaaten Neu-Mexiko und Colorado erproben. In Europa sind derzeit an vereinzelten Windenergieanlagen ähnliche Lösungen zur automatisierten Vogel- und Fledermauserkennung im Testbetrieb. Nicht alle aber sind an eine Vergrämungskomponente oder mit der Betriebsregulierung gekoppelt. Ein in Spanien entwickeltes Detektionssystem kann beides: Die kamera-gestützte Variante erkennt vorbeifliegende Vögel, die auf Ultraschall basierende Variante Fledermäuse. Nähert sich ein Tier dem Gefahrenbereich, löst das System ein akustisches Warnsignal aus. Lässt es sich dadurch nicht vergrämen, kann das System die Anlage stilllegen. Evaluierungen der Schutzwirkung dieses Systems an Anlagen in der Schweiz und Norwegen haben gezeigt, dass die Technologie prinzipiell funktioniert und auf Vögel im engeren Umkreis abschreckend wirkt, aber auch mit Schwächen behaftet ist. Beispielsweise könne die kamera-gestützte Variante anfliegende Vögel zwar grundsätzlich erfassen, aber zwischen großen und kleinen Tieren oder verschiedenen Arten nicht unterscheiden. Zudem könne das System wegen der gegebenen Lichtempfindlichkeit der Kameras nur bei Tageslicht arbeiten. Die ultraschall-basierte Variante für Fledermäuse erkenne den Studien zufolge ein anfliegendes Tier zuverlässig. Weil das System die Anlage nach Auswertung der Ultraschalldaten nicht schnell genug zum Stillstand bringt, biete es zwar Schutz für nachfliegende Tiere, aber keinen vollständigen Schutz für jedes einzelne Tier. Jedoch sei an den Teststandorten während der Evaluierung keine erhebliche Gefährdung von Vögeln und Fledermäusen zu beobachten gewesen, resümieren die Forscher. Die gewonnenen Erkenntnisse zum Meideverhalten ließen sich allerdings nicht ohne weiteres auf andere Standorte mit anderen räumlichen Gegebenheiten übertragen.

Noch ist keine der in der Entwicklung befindlichen automatisierten Erkennungstechnologien nach Angaben der Fachagentur Windenergie an Land, die die Forschungsentwicklung beobachtet, praxistauglich. „Am besten ist es, wenn man den Einsatz solcher Detektionssysteme zum Schutz von Vögeln und Fledermäusen durch eine geeignete Standortwahl ganz vermeiden kann“, sagt Mehmet Hanagasioglu, Leiter der Schweizer Evaluierungsstudie. Dennoch birgt die Forschungsarbeit an solchen Systemen einen großen Mehrwert für den Artenschutz: Sie verbessert die wissenschaftlichen Erkenntnisse über das Flugverhalten von geschützten Vogel- und Fledermausarten.

Weiterführende Informationen:

TU Berlin; FA Wind & WWU Münster (2015): Vermeidungsmaßnahmen bei der Planung und Genehmigung von Windenergieanlagen – Bundesweiter Katalog von Maßnahmen zur Verhinderung des Eintritts von artenschutzrechtlichen Verbotstatbeständen nach §44 BNatSchG.

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