Wärmebildkameras geben neue Einblicke in das Verhalten von Vögeln

Da die Technologie auch bei Dunkelheit und schlechter Sicht funktioniert, bietet sie neue Möglichkeiten, zuverlässige, praxisnahe Daten darüber zu sammeln, wie Vögel mit Offshore-Windkraftanlagen interagieren und wie häufig es zu Kollisionen kommt. 

Jedes Jahr im Frühjahr und Herbst ziehen Millionen von Singvögeln über die Nordsee, wobei einige Flugrouten durch Gebiete führen, in denen Offshore-Windparks in Betrieb sind. Eine grundlegende Frage war jedoch bislang schwer zu beantworten: Wie oft kollidieren Vögel mit Windkraftanlagen auf See?  

Eine Studie im Windpark „Hollandse Kust Zuid“ (HKZ) untersuchte, ob sich mit Wärmebildkamera-Technologie Vogelbewegungen und potenzielle Kollisionen auf See zuverlässig erfassen und analysieren lassen. Die Ergebnisse zeigen, dass eine kontinuierliche Überwachung unter realen Offshore-Bedingungen technisch möglich ist. Die Studie lieferte zudem die ersten direkten Beobachtungsdaten zu Vogelkollisionen – ein wichtiges zusätzliches Ergebnis. Diese Forschung ist Teil der freiwilligen Bemühungen von Vattenfall, die Faktengrundlage für die Entwicklung wirksamer Maßnahmen zur Risikominderung in Offshore-Windparks zu stärken.

Die Evidenzlücke schließen 

An Land können Forscher unter Windkraftanlagen nach Überresten der Vögel suchen. Auf See ist eine direkte Überprüfung sehr schwierig: Nach einer Kollision kann ein Vogel ins Wasser fallen, versinken oder abtreiben. Forscher mussten das Kollisionsrisiko daher bisher hauptsächlich anhand theoretischer Modelle abschätzen, anstatt auf kontinuierliche Beobachtungen unter realen Offshore-Bedingungen zurückzugreifen. Bislang beschränkten sich empirische Daten zu Vogelbewegungen in der Umgebung von Offshore-Windkraftanlagen zudem weitgehend auf Videoaufnahmen, die bei Tageslicht aufgenommen wurden.  

Um diese Evidenzlücke zu schließen, arbeitete Vattenfall mit Forschern von Wageningen Environmental Research und dem Technologieentwickler Wildlife Imaging Systems (WIS) zusammen, um ein System aus Wärmebildkamera und künstlicher Intelligenz an einer Windkraftanlage im Offshore-Windpark HKZ zu testen. Sechzehn Wärmebildkameras erfassten den Bereich um die Windkraftanlage aus verschiedenen Blickwinkeln: Zwölf waren nach außen unterhalb des Rotorbereichs ausgerichtet, um herabfallende Objekte zu erkennen, während vier nach oben gerichtet waren, um die Vogelaktivität in der Nähe der Rotorblätter zu erfassen und mögliche Kollisionen zu überprüfen. Im Gegensatz zu Radarsystemen ermöglichte die WIS-Technologie eine kontinuierliche Überwachung in unmittelbarer Nähe der Windkraftanlage. Künstliche Intelligenz half dabei, die Bewegungen von Vögeln und Fledermäusen tagsüber, nachts und bei schlechter Sicht – einschließlich Nebel und Regen – zu erkennen und zu analysieren. 

„Auf See ist es äußerst schwierig, die Zahl der tödlichen Kollisionen zu ermitteln, da keine Überreste geborgen werden können und Spuren auf See schnell verschwinden. Mit dieser neuen Studie am HKZ ergänzen wir unsere Erkenntnisse durch reale Beobachtungen, um unser Verständnis der tatsächlichen Risiken zu verbessern. Jetzt können wir Fakten darüber gewinnen, wie viele Vögel kollidieren und unter welchen Umständen“, erklärt Jesper Kyed Larsen, Experte für Biowissenschaften bei Vattenfall. „Dieses Wissen ist unerlässlich. Indem Vattenfall das wissenschaftliche Verständnis darüber verbessert, wie Windenergie mit der Artenvielfalt interagiert, unterstützt das Unternehmen eine naturverträgliche Energiewende. Bessere Erkenntnisse helfen uns, Kollisionen in bestehenden und neuen Windparks vorherzusagen und wirksame Maßnahmen zur Risikominderung zu entwickeln.“

Vattenfalls Biowissenschafts-Experte Jesper Kyed Larsen überprüft die Wärmebildkameras bei Hollandse Kust Zuid

Was die ersten Beobachtungen zeigen 

Das System nutzte modernste Bildverarbeitung und maschinelles Lernen, um Bewegungsspuren von Objekten in den Wärmebildkamera-Videos automatisch zu erkennen und zu klassifizieren. Von den 1,4 Millionen aufgezeichneten Bewegungsspuren fliegender Objekte wurden 21 Prozent als Vögel klassifiziert; der Rest als Insekten und Flugzeuge. Experten der Wageningen University & Research und von WIS überprüften anschließend manuell potenzielle herabfallende Objekte auf Anzeichen einer Kollision. Die Forscher suchten nach unterstützendem Bildmaterial der nach oben gerichteten Kameras, nach Fragmenten, die ähnliche Flugbahnen verfolgten, nach rotierenden oder flackernden Objekten sowie nach Bewegungen, die nicht auf einen aktiven Flug hindeuteten. Sie bewerteten jedes Ereignis unabhängig voneinander und klärten etwaige Differenzen mithilfe eines standardisierten Kennzeichnungsprotokolls, um die Wahrscheinlichkeit zu bestimmen, dass eine Flugbahn einen Vogel darstellte, der nach einer Kollision mit der Turbine herabfiel.  

Über einen Zeitraum von neun Monaten zeichnete das System etwa 1,34 Millionen fünfminütige Videos auf. 

Die Forscher bewerteten 782 potenzielle Abwärtsbewegungen manuell und identifizierten 22 mögliche Kollisionsereignisse. Zwei davon wurden als Kollisionen bestätigt, und eines wurde als Kollision mit hoher Wahrscheinlichkeit eingestuft. In der Umgebung der Turbine waren häufig Vögel anzutreffen, wobei die Migrationsspitzen 4.000 Vogelsekunden pro Stunde überstiegen, was bedeutet, dass sich die Vögel insgesamt mehr als 4.000 Sekunden (etwa 67 Minuten) pro Stunde im überwachten Bereich aufhielten. Im Verhältnis zum Umfang der Vogelbewegungen waren Kollisionen dennoch selten. Die meisten aufgezeichneten Ereignisse traten in Phasen mit relativ geringer Zugaktivität auf, was darauf hindeutet, dass Faktoren wie Wetterbedingungen das Kollisionsrisiko stärker beeinflussen könnten als die Zugintensität allein.

Die Wärmebildkameras erfassten die Vogelaktivität rund um die Uhr über einen Zeitraum von 9 Monaten.

Der Versuch zeigt, dass die Technologie Kollisionen dokumentieren und die seit Jahren von Forschern gesuchten Belege aus der Praxis liefern kann. Auf den ersten Blick wirkt die geringe Anzahl von Kollisionen – nur sehr wenige über zwei Zugperioden hinweg – sehr vielversprechend. Larsen betont jedoch, dass die Ergebnisse mit Vorsicht interpretiert werden sollten: „Der Versuch umfasste nur eine Windkraftanlage an einem Standort, und die Ergebnisse lassen sich nicht automatisch auf jeden Windpark übertragen. Wir benötigen Studien über mehrere Jahre und an verschiedenen Standorten, um die allgemeinen Muster mit größerer Sicherheit zu ermitteln.“ 

Von Annahmen zu besseren Entscheidungen 

Echte Beobachtungsdaten aus der Praxis können die Modelle zur Abschätzung von Kollisionsrisiken in Windparks verbessern. Sie können Behörden, Forschern und Betreibern zudem dabei helfen, Maßnahmen zum Schutz von Zugvögeln und Fledermäusen zu bewerten. In den Niederlanden dürfen Windkraftanlagen vorübergehend verlangsamt oder angehalten werden, wenn erwartet wird, dass große Vogelschwärme die Nordsee überqueren. Bessere Erkenntnisse darüber, wann, wo und unter welchen Bedingungen Kollisionen auftreten, können dazu beitragen, diese Maßnahmen gezielter einzusetzen, um Wildtiere zu schützen und gleichzeitig die Erzeugung erneuerbarer Energie fortzusetzen, wenn die Risiken gering sind. 

Weitere Verbesserungen könnten das Kollisionsüberwachungssystem effizienter machen, dessen Einsatz an weiteren Standorten ermöglichen und Forschern helfen, Zusammenhänge zwischen Kollisionsrisiko und Vogelaktivität, Sichtverhältnissen, Wetter sowie dem Betrieb der Windkraftanlagen zu untersuchen. Die Forschung zu Vögeln und Windenergie beschränkt sich nicht auf Kollisionen. Forscher untersuchen auch, wie sich Arten durch Windparks bewegen, ob sie bestimmte Bereiche meiden, wie sie Futterplätze nutzen und wie sich ihre Aktivität je nach Standort und Jahreszeit verändert. 

Langfristige Biodiversitätsforschung 

Seit mehr als 20 Jahren forscht Vattenfall daran, wie Wind- und Solarparks, Wasserkraftwerke und Energienetze mit der umgebenden Natur interagieren. In Zusammenarbeit mit Universitäten, Forschungseinrichtungen, Ökologen und Naturschutzorganisationen umfasst die Biodiversitätsforschung Arten wie Fledermäuse, Vögel, Fische und andere Meereslebewesen. Die Studie am HKZ baut auf dieser langjährigen Erfahrung und diesen Partnerschaften auf. 

Zuverlässige Daten sind unerlässlich, um die Auswirkungen auf die Biodiversität besser zu verstehen und das richtige Gleichgewicht zwischen dem Ausbau der Offshore-Windenergie und dem Schutz der Natur zu finden. Empirische Erkenntnisse ermöglichen es Entscheidungsträgern, fundierte Entscheidungen zu treffen, wirksame Maßnahmen zum Schutz und zur Förderung der Biodiversität zu entwickeln und das Vertrauen der Öffentlichkeit in die Energiewende zu stärken.

Larsen betont die Notwendigkeit weiterer Forschung: „Wir müssen diese Beobachtungen nun an einer größeren Anzahl von Windkraftanlagen und über einen längeren Zeitraum wiederholen, um zu verstehen, wie sich verschiedene Vogelarten verhalten und was während des Vogelzugs vor der Küste tatsächlich geschieht.“ 

Erhebung weiterer wissenschaftlicher Daten 

Die Ergebnisse der HKZ-Studie stimmen weitgehend mit Beobachtungen überein, die an anderen Offshore-Windparks von Vattenfall gemacht wurden. Am Offshore-Windpark Thanet vor der Küste von Kent wurden während einer zweijährigen gemeinsamen Beobachtungsphase sechs Kollisionen registriert. In einer separaten zweijährigen Studie im Offshore-Windpark Aberdeen, die gemeinsam mit dem auf Biodiversitätstechnologie spezialisierten Unternehmen Spoor durchgeführt wurde, stellten Forscher fest, dass Seevögel den Rotorblättern im Allgemeinen ausweichen und ihre Flugbahnen rechtzeitig anpassen, bevor sie die Windkraftanlagen erreichen. Obwohl in den Studien unterschiedliche Methoden zum Einsatz kamen – wobei sich die Studien in Thanet und Aberdeen auf Seevögel tagsüber konzentrierten –, untermauern ihre Ergebnisse die sich abzeichnenden Hinweise darauf, dass die Kollisionsraten auf See möglicherweise niedriger sind als bisher angenommen.

Der nächste Schritt besteht darin, die am HKZ eingesetzte neue Technik systematisch auf mehrere Turbinen, Windparks und Jahreszeiten anzuwenden, um die wissenschaftlichen Daten zu erheben, die zur Verbesserung der Kollisionsrisikomodelle für den Offshore-Windsektor erforderlich sind. 

Fortschritte in der Offshore-Windforschung 

Der vollständige HKZ-Studienbericht ist öffentlich zugänglich, und die Ergebnisse werden in Kürze einer wissenschaftlichen Fachzeitschrift zur Begutachtung vorgelegt. Die vorläufigen Ergebnisse wurden bereits auf mehreren Windenergiekonferenzen vorgestellt; weitere Präsentationen der endgültigen Ergebnisse sind geplant.  

Zusammen bildet dies eine Grundlage für die Weiterentwicklung des Wissens und die Konzeption künftiger Überwachungsprogramme im gesamten Offshore-Windsektor.