Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB

Fledermausaktivitäten an Windenergieanlagen

Mögliche Gefahren für Fledermäuse durch Windkraft-Anlagen

In den letzten Jahren hat es sich weltweit gezeigt, dass an Windenergieanlagen größere Zahlen von Fledermäusen durch Rotorschlag getötet werden können.

 

Fehlende Untersuchungen zum Umfang und zu möglichen Lösungsansätzen zur Reduzierung des Problems haben derzeit zur Folge, dass dem Konflikt Fledermaus – Windenergie in sehr uneinheitlicher und häufig unspezifischer Weise Rechnung getragen wird. Im Forschungsprojekt „Methoden zur Untersuchung und Reduktion des Kollisionsrisikos von Fledermäusen an Onshore-Windenergieanlagen“ arbeitet eine interdisziplinäre Arbeitsgruppe unter Beteiligung der Industrie daran, den Kenntnisstand zu diesem Konflikt zu verbessern und damit die Diskussion zu versachlichen.

 

Das Ziel ist die Erarbeitung sowohl von Untersuchungsansätzen für die Planung und den Betrieb von Windparks als auch von Methoden zur Minimierung des Konfliktes für bestehende Anlagen. Dabei wird ein Kompromiss zwischen dem Ziel des Ausbaus regenerativer Energien einerseits und den Belangen des Natur- und Artenschutzes andererseits angestrebt.

Prüfung der Ultraschall-Sensoren

Die im Rahmen des Projekts notwendige Charakterisierung der Fledermausaktivität im Umfeld der Windenergieanlagen wird über Ultraschallsensoren durchgeführt. Allerdings gab es zu Beginn des Projekts Unsicherheiten darüber, wie gut diese Sensoren das tatsächliche Aufkommen der Fledermäuse wiedergeben.

 

Die Messungen der Ultraschallsensoren sollten deshalb durch ein optisches Verfahren überprüft werden. Dazu sind zunächst die Fledermäuse im Umfeld der Anlage optisch zu detektieren und anschließend auf ihrer Flugbahn zu verfolgen. Die ermittelten Flugbahnen lassen sich dann mit den zeitsynchronisierten akustischen Daten abgleichen.

Projektbeschreibung

Verwendet wurde ein typischer Stereobildaufbau mit zwei Infrarotkameras im Abstand von 16 m zueinander und von 220 m zur Windenergieanlage. Durch die unterschiedlichen Blickwinkel ermöglicht ein Stereoaufbau die Entfernungsbestimmung von Objekten, die sich im Gesichtsfeld beider Kameras aufhalten. Von den akustischen Sensoren wurde angenommen, dass sie hauptsächlich die untere Hälfte des von den Rotoren überstrichenen Raumes abdecken. Durch den gewählten Aufbau wird dieser Bereich von den verwendeten Kameras mit einer Ortsauflösung von ca. 10 cm und einer Positionsgenauigkeit von ca. 1,5 m abgedeckt.

Verarbeitung von Stereobilddaten zur Gewinnung der Flugbahn eines Objekts (Fledermaus). Die Verarbeitungsschritte sowie die dargestellte Flugbahn sind im Text erläutert.

Verarbeitung von Stereobilddaten zur Gewinnung der Flugbahn
eines Objekts (Fledermaus). Die Verarbeitungsschritte sowie
die dargestellte Flugbahn sind im Text erläutert.

 

Abb. 1.) zeigt die zur Auswertung der aufgenommenen Daten notwendigen Schritte. Ausgehend von den Sequenzen der beiden Kameras des Stereoaufbaus (1) erfolgt zunächst eine Bildregistrierung (2). Diese korrigiert die unterschiedlichen geometrischen Eigenschaften der Kameras und richtet die Bilder zueinander aus.

 

Eine Differenzbildung aufeinander folgender Bilder ermöglicht die Objektdetektion (3), da sie bewegtes hervorhebt und stationäres unterdrückt. Befindet sich ein Objekt im Gesichtsfeld beider Kameras, so erscheint es in beiden Bildern auf der gleichen Höhe aber an unterschiedlichen horizontalen Positionen. Der Unterschied in dieser horizontalen Position ist dabei proportional zur Entfernung von den Kameras.

 

Solche Objekte werden über die Sequenzen verfolgt, wodurch sich zwei 2D-Flugbahnen ergeben (4). Mit den bekannten geometrischen Größen des Messaufbaus lässt sich aus diesen die 3D-Flugbahn relativ zur Windkraftanlage berechnen (5). Objekte, die nur in einem Kamerabild zu finden sind, werden nicht berücksichtigt.

 

Die 3D-Flugbahn in Abbildung 1 zeigt ein Objekt, das sich zunächst in horizontalem Flug auf die Windenergieanlage zu bewegt. Durch Vergleich mit den akustischen Daten ergibt sich, dass es sich bei diesem Objekt um eine Fledermaus handelt. Beim Eintritt in die Rotorebene ändert sich in der Nähe eines Rotorblattes die Flugrichtung radikal um etwa 90° und die Bewegung ähnelt anschließend einer ballistischen Kurve. Es ist dies das erste Mal, dass eine solche Kollision aufgezeichnet und analysiert werden konnte.

Akustische Sensoren eignen sich gut zur Charakterisierung der Fledermausaktivitäten 


Aus dem Abgleich der akustischen und der optischen Sensorik ergibt sich, dass etwa 87 % aller Fledermäuse, die sich der Gondel der Windenergieanlage auf weniger als 20 m nähern, akustisch detektiert werden. Für Distanzen zwischen 20 m und 50 m unterschätzt die akustische Messung dagegen die Anzahl der Fledermäuse im Volumen.

 

Außerhalb dieses Radius werden keine Fledermäuse mehr detektiert. Positiv ist dabei zu werten, dass sich eine akustisch erfasste Fledermaus mit einer Wahrscheinlichkeit von etwa 83 % im gefährdeten Bereich um die Anlage befindet, also praktisch nur Fledermäuse erfasst werden, für die eine Kollisionsgefahr besteht.

 

Da ein Teil der Fledermäuse auf Grund ihrer Flugbahn vermutlich von den akustischen Sensoren überhaupt nicht zu erfassen war, zeigt dies insgesamt, dass die akustischen Sensoren gut zur Charakterisierung der Fledermausaktivität um die Windkraftanlage geeignet sind. Eine genauere Analyse der Flugbahnen könnte hier zu einer Abschätzung des Empfangsbereichs der akustischen Sensoren und zu deren Optimierung genutzt werden. Die bislang relativ geringe Datenbasis für die optischen Sensoren lässt jedoch weitere Messungen als sinnvoll erscheinen.

Projektträger

Forschungszentrum Jülich GmbH

Partner

Leibniz Universität Hannover, Institut für Umweltplanung
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Fakultät für Biologie, Institut für Tierphysiologie
ENERCON GmbH

Projektdurchführung

Uwe Adomeit, Philipp Mittnacht, Frank Willutzki
Oliver Behr (Universität Erlangen)
Robert Brinkmann (Universität Hannover), Ivo Niermann (Universität Hannover)