Kontakt

Sie erreichen uns über die kostenlose Hotline des zentralen Service-Centers des Landes NRW.
Das Team beantwortet Ihre Anliegen – soweit möglich – direkt oder leitet Sie an den richtigen
Ansprechpartner der EnergieAgentur.NRW weiter.

0211 / 837–1001

E-Mail: blog.erneuerbare@energieagentur.nrw

Beiträge

| Fachbeitrag | Vogelschutz an Windenergieanlagen

© Prowind GmbH
Kamera- und Radarsystem zur Erfassung der Raumnutzung von Groß- und Greifvögeln © Prowind GmbH

| Verena Busse |

Die Energiewende und somit der Ausbau der erneuerbaren Energien ist ein bundespolitisches Ziel. Doch wie sind der Ausbau der Windenergie und der Artenschutz miteinander vereinbar? Wie kann die Energiewende naturverträglich vonstattengehen? Häufiger Konfliktpunkt beim Ausbau der Windenergie ist der Vogelschutz an den Anlagen. Seit kurzer Zeit stellen innovative technische Systeme neue Möglichkeiten dar, um Vögel zu schützen. Eine Basis bieten dabei sowohl Radar- als auch Kamerasysteme.

Der Ausbau von Windenergieanlagen an Land ist im vergangenen Jahr stark zurückgegangen, wie diverse Studien und Statistiken aufgeführt haben. Auf der anderen Seite ist der Ausbau der Windenergie gesetzlich verankert und als Ziel definiert. Eine der Forderungen ist der naturverträgliche Ausbau der Erneuerbare-Energien-Anlagen bzw. Ausbau von Windenergieanlagen.
Vielmals gerät die Planung an ihre Grenzen, nur noch wenige konfliktarme Flächen stehen zur Verfügung, da der Druck auf die Inanspruchnahme von Flächen steigt. Autobahnen werden ausgebaut, neue Industrie- und Wohngebiete entstehen, landwirtschaftliche Flächen werden benötigt und stehen in Konkurrenz um Flächen für den Natur- und Artenschutz.

Um eine Windenergieanlage errichten und betreiben zu können, ist eine immissionsschutzrechtliche Genehmigung nach dem Bundes-Immissionsschutzgesetz (BImSchG) notwendig. Im Genehmigungsverfahren werden dabei unter anderem die artenschutzrechtlichen Zugriffsverbote nach § 44 Abs. 1 Bundesnaturschutzgesetz (BNatSchG) geprüft. Dafür sind umfangreiche Gutachten zu Arten- und Habitatschutz beizubringen, wie im Fachbeitrag I Artenschutz bei der Windenergieplanung: Das gilt es zu beachten beschrieben. In den Gutachten wird geprüft, ob es unter Einbeziehung von Vermeidungs- und Verminderungsmaßnahmen gemäß § 44 Abs. 5 Satz 2 Nr.1 BNatSchG – zum Verstoß gegen das Verletzungs- oder Tötungsverbot kommen kann. So zum Beispiel, ob Kollisionen mit Rotoren möglich sind und ob dieses Risiko gegenüber dem „allgemeinen Lebensrisiko“, also dem üblichen Risiko, dem jedes Lebewesen unterliegt, trotz Vermeidungs- und Verminderungsmaßnahmen signifikant (also deutlich) erhöht ist. Hier reicht es nicht aus, wenn die Art im Planungsgebiet „nur“ gesichtet worden ist.

Zunächst ist der Verursacher eines Eingriffs verpflichtet, Beeinträchtigungen von Natur und Landschaft möglichst zu unterlassen. Durch entsprechende Maßnahmen sollen Beeinträchtigungen im Vorhinein gänzlich oder in Teilen vermieden werden. Vermeidungs- und Verminderungsmaßnahmen dienen dazu, das Tötungsrisiko unter die Signifikanzschwelle zu senken. Fallen zum Beispiel durch den Eingriff Futterflächen für Groß- und Greifvögel weg oder sollen die Tiere von den Anlagenstandorten weggelockt werden, um Tötungen zu vermeiden, so können an anderer Stelle neue Nahrungshabitate geschaffen werden (Siehe auch: Fachbeitrag I Ausgleichs- und Ersatzmaßnahmen bei Windenergievorhaben). Durch einen stetig steigenden Flächenbedarf verringern sich auch die verfügbaren Flächen für den Natur- und Artenschutz, da die Flächen in Konkurrenz zu anderen Nutzungsinteressen stehen.

Um dem Vogelschutz gerecht zu werden, werden bislang im Genehmigungsbescheid für Windenergieanlagen häufig pauschale Abschaltzeiten im Brutzeitraum der jeweiligen Vogelarten oder auch zu bestimmten landwirtschaftlichen Ereignissen (Mahd, Ernte oder Grubberarbeiten) rund um die Anlagenstandorte beauflagt. Diese sollen Vogelkollisionen bei hohem Flugaufkommen vermeiden. Um diese pauschalen Abschaltzeiten der Windenergieanlagen zu minimieren und bedarfsgerechte Abschaltungen umzusetzen, gibt es mittlerweile neue technische Möglichkeiten. Dazu gehören Radar- und Kamerasysteme, die in Kombination mit weiteren Modulen zum Abschalten der Anlagen, Groß- und Greifvögel vor den sich drehenden Rotoren der Windenergieanlagen schützen können. Weiterhin bieten die Systeme die Möglichkeit, Anlagenstandorte überhaupt erst erschließen zu können, wenn ansonsten keine Genehmigung der Anlagen erzielt werden könnte. Wie jedoch funktionieren solche Systeme?

Bisherige Entwicklungen der intelligenten Systeme können anfliegende Vögel mittels installierter Radar- oder Kameratechnik erkennen und die Daten verarbeiten. Dabei überwachen die Systeme einen vordefinierten Raum von bis zu 360° rund um die Windenergieanlage(n), entweder kuppelförmig oder zylinderartig als dreidimensionalen Raum. Um auch bei Kamerasystemen einen Erfassungsraum von 360° zu erreichen, ist es notwendig, dass mehrere Kameras rund um den Turm installiert werden. Bei Radaranlagen werden an einem zentralen Punkt im Windpark eine oder mehrere Radarantennen installiert, die den potentiellen Gefahrenbereich mehrerer Windenergieanlagen abdecken können. Die Erfassungsweiten der jeweiligen Systeme sind unterschiedlich. Radarsysteme haben in der Regel einen weiteren Erfassungsraum als Kamerasysteme.

Sowohl Kamera- als auch Radarsysteme können mit entsprechenden Modulen gekoppelt werden, die die entsprechenden Vogelarten erkennen und eine artspezifische Zuordnung ermöglichen. Dabei werden die Flugrichtung und die Fluggeschwindigkeit der Vögel im Erfassungsraum beachtet. Im Vorhinein werden bereits die kollisionsgefährdeten Arten als Zielarten definiert. Wird ein Individuum der Zielart vom System erkannt und erfolgt die Flugrichtung in den Gefahrenbereich der Rotoren, können automatische Maßnahmen ergriffen werden. Ist die Anlage mit einem entsprechenden Modul gekoppelt, können entweder Verscheuchungsmaßnahmen aktiviert werden oder die Anlage wird automatisch abgeschaltet.

Verscheuchungsmaßnahmen mittels Warnsignalen, die den Vogel auf das Hindernis aufmerksam machen sollen beziehungsweise die Vögel dadurch die Gebiete meiden lassen, werden jedoch verhältnismäßig selten eingesetzt. Diese Verscheuchungsmaßnahmen werden vor allem im Flughafenbetrieb angewendet, um Vögel von den Flug- und Landebahnen fernzuhalten. Hinzu kommt, dass in der Fachwelt diskutiert wird, ob sich die Vögel dauerhaft an solche Abschreckgeräusche gewöhnen und daher eine Meidung der Gebiete auf Dauer nicht mehr stattfindet. Erfolgt eine Abschaltung der Anlage, erfolgt diese für den Zeitraum, in dem sich der Vogel im Gefahrenbereich aufhält. Anschließend läuft die Anlage wieder automatisch an.

Die bisherigen Herausforderungen bestanden darin, dass die Erkennung der Groß- und Greifvögel artspezifisch erfolgen muss. Zusätzlich muss das System bei jedem Wetter und über eine entsprechende Entfernung funktionieren. Auch die Erkennung der Flugrichtung stellte eine technische Herausforderung dar. Mittlerweile hat sich die Genauigkeit der Erfassungen weiterentwickelt und je nach Hersteller des Detektionssystems können sehr detaillierte Informationen zum anfliegenden Flugobjekt getroffen werden, sei es die Art, die Flugrichtung und -geschwindigkeit. Wie beschrieben, schalten die Systeme die Windenergieanlagen automatisch ab, sobald sich ein Vogel im kritischen Bereich befindet. Nachdem der Vogel den Flugraum in der Nähe der WEA verlassen hat, laufen die Anlagen wieder automatisch an.

Planungsrechtliches Genehmigungsverfahren für ein Detektionssystem
Solch ein Detektionssystem kann einerseits als Nebeneinrichtung nach § 1 Abs.1 Nr. 2 der 4. BImSchV in das immissionsschutzrechtliche Genehmigungsverfahren für die Windenergieanlage selbst einbezogen werden, andererseits auch in einem separaten Baugenehmigungsverfahren entsprechend genehmigt werden. Da es sich um Hochfrequenzanlagen handelt, müssen für Radarsysteme zusätzlich die Regelungen der 26. BImSchV eingehalten und die Bundesnetzagentur eingebunden werden.

Beispiel aus NRW:
Bislang gibt es in Deutschland nur sehr wenige Windenergieanlagen, die mit dieser Technik ausgestattet sind. In einem Pilotprojekt im nordrhein-westfälischen Dörentrup wurde die Technik von Mai bis November 2019 zur Erstellung einer Raumnutzungsanalyse angewendet. Innerhalb einer im Flächennutzungsplan ausgewiesenen Konzentrationszone plant der Projektentwickler Prowind drei Windenergieanlagen. Im Zuge der Planung wurden für das Projekt diverse Gutachten zum Artenschutz erstellt. In geringer Entfernung zum geplanten Windpark wurde dabei ein Horst der geschützten Art Rotmilan kartiert. Um die Art bei der Nahrungssuche von den beplanten Flächen für die Windenergieanlagen wegzulocken, wurden für die Rotmilane im Vorhinein neue Nahrungshabitate als vorgezogene Ablenkflächen geschaffen, die mittels Staffelmahd bewirtschaftet werden. Für diese Flächen wurden regelmäßig Erfolgskontrollen durch einen Fachgutachter durchgeführt. Zusätzlich konnte dadurch ein Abgleich mit den Aufzeichnungen des Radars stattfinden.

Um weitere detaillierte Angaben zur Raumnutzung des Gebiets zu erhalten, wurde das in der Schweiz entwickelte Radarsystem BirdScan der Firma Swiss Birdradar Solution AG zum Schutz von Groß- und Greifvögeln installiert. Dabei wurde das Radarsystem inklusive der Technik (Server, Software und Generator) in einem Container auf der Fläche des geplanten Windparks, zusammen mit einem Kooperationspartner eingerichtet. Die Radaranlage kann die Bewegungen großer Objekte bis zu einer Entfernung von 1.500 m im Winkel von 90° horizontal und 40° vertikal erfassen. Das Radarsystem inklusive einer artgenauen Klassifizierungssoftware kann anhand der Fluggeschwindigkeit, Flughöhe, Lage im Raum, Größe und dem Flügelschlag der Vögel artspezifische Unterscheidungen vornehmen. Auch können bis zu 500 Flugobjekte (Vögel) gleichzeitig im Raum erfasst und deren Flugrichtungen verfolgt werden. Zusätzlich wurde in diesem Pilotprojekt ein Kamerasystem installiert, um die Ergebnisse für Forschungszwecke abgleichen und validieren zu können. Um die automatischen Erfassungen validieren zu können, wurden im Erfassungszeitraum zusätzlich Ornithologen (Gutachter) eingesetzt, die unterstützend manuell-visuelle Erfassungen durchführten, um weitere Erkenntnisse gewinnen zu können.

Während des gesamten Erfassungszeitraums von Mai bis November 2019 konnten im geplanten Windpark Dörentrup 5,7 Millionen Tracks aufgezeichnet werden. Davon entfielen ca. 200.000 Flüge auf Groß- und Greifvögel, alle kleineren Flugobjekte wurden automatisch rausgefiltert. Des Weiteren lösten auch Blätterbewegungen, Feldhasen oder ähnliche Bewegungen Erfassungen aus, von denen die Daten im Nachhinein bereinigt wurden. Maximal 40 Flugobjekte wurden zeitgleich im überwachten Luftraum von dem Radarsystem erblickt.

Die größte Aktivität der Vögel fand bei Windgeschwindigkeiten zwischen 3-4 m/s statt. Für die für den geplanten Windpark planungsrelevanten Arten wurde ermittelt, dass über 86 % der Flüge von Groß- und Greifvögeln in Flughöhen von bis zu 75 m stattfanden und somit außerhalb des möglichen Rotorenbereiches der Windenergieanlagen. (Hier wird mit Windenergieanlagen geplant, deren unterste Rotorblattspitze auf 82 m über Grund endet.) Geht man theoretisch davon aus, dass ein Rotmilan eine Fluggeschwindigkeit von maximal ca. 30-40 km/h (Literaturangabe, Direktflug, nicht zu verwechseln mit den typischen kreisenden und üblicherweise langsameren Flugbewegungen auf der Suche nach Beute) aufweist, und sich der Vogel direkt auf die drehenden Rotoren zubewegt, so muss die Erkennung der Art, in einer Entfernung von ca. 700 m erfolgen, um genügend Zeit für die automatische Klassifizierung, die Stoppzeit der Anlagen und einen Sicherheitspuffer zu gewährleisten. Die Abschaltung der Windenergieanlagen müsste dementsprechend in einer Entfernung von ca. 300 m erfolgen, damit der Vogel nicht von den sich drehenden Rotoren gefährdet wird. Würde der Vogel anschließend die Gefahrenzone (300 m um die Anlage) verlassen oder seine Flugrichtung ändern, so könnten die Anlagen automatisch weiterlaufen. Diese Gefahrenzone ist in ihrer Größe jedoch artspezifisch unterschiedlich und abhängig von der Fluggeschwindigkeit und dem Flugverhalten der Arten.

Am Computer können alle aufgezeichneten Flugwege (Tracks) der Vögel visualisiert und ausgewertet werden. Sowohl die Vogelart, die Flugrichtung, –geschwindigkeit und –höhe, als auch die Bewegungsmuster der jeweiligen Arten. Daraus ergaben sich 3D-Modelle, die einen Abgleich der Flugaktivitäten im Raum zulassen. Zusätzlich wurden die Tiere mittels der Kamera fotographisch festgehalten. Auch die Witterung machte dem Radar- und Kamerasystem keine Schwierigkeiten.

Beispiel einer 3D-Visualisierung der gemessenen Flüge im Windparkgebiet Dörentrup © LandplanOS 2020

Beispiel einer 3D-Visualisierung der gemessenen Flüge im Windparkgebiet Dörentrup © LandplanOS 2020

Windenergiesensible Arten, wie in diesem Fall der Rotmilan, können durch Kopplung des Radarsystems mit der Windenergieanlagentechnik und durch Abschalten der Anlagen innerhalb von 30-40 Sekunden geschützt werden. Für den Betreiber können somit immense wirtschaftliche Ertragsausfälle durch dauerhafte pauschale Abschaltungen von ca. 30 % der Anlagen auf ca. 6 % Abschaltung durch bedarfsgerechte Abschaltungen minimiert werden. Dementsprechend würde sich das System aus Betreibersicht für diesen Windpark lohnen.

Ein weiteres Pilotprojekt des Systems läuft zusätzlich in Osterburg in Sachsen-Anhalt. Einen Leitfaden, auch zur Validierung der einzelnen Systeme, hat das Kompetenzzentrum Naturschutz und Energiewende (KNE) herausgebracht. Ob diese Systeme zukünftig eine flächendeckende Anwendung bei der Planung und Errichtung von Windenergieanlagen finden werden, bleibt abzuwarten.

Aktuell handelt es sich bei den Systemen um Pilotprojekte, in denen Projektentwickler und Behörden versuchen, aussagekräftige Daten zum Thema bedarfsgerechte Abschaltungen für den Vogelschutz zu erlangen. Einerseits stellen die Radar- oder Kamerasysteme die Möglichkeit dar, Standorte überhaupt erst zu erschließen, jedoch sind die Abschaltungen der Anlagen zum Vogelschutz in ihrer Quantität nur schwer zu prognostizieren und somit ein wirtschaftlicher Betrieb schwerer kalkulierbar. Zwar kann die Installation eines solchen Systems zur Reduzierung von pauschalen Abschaltzeiten beitragen und Ertragseinbußen mindern, jedoch ist die Installation eines Systems bislang relativ teuer, da meist nicht nur eine Radarantenne, sondern mehrere Antennen installiert und im Laufe der Zeit ersetzt werden müssen. Dies könnte sich in den kommenden Jahren relativieren, wenn weitere Systeme am Markt und viele Windenergieanlagen mit solchen Systemen ausgestattet sind.

Die Bremsvorgänge der Windenergieanlagen werden beim sogenannten „Soft-Stopp“ durch ein Pitchen (Drehen) der Rotorblätter in die Fahnenstellung eingeleitet, bis der Rotor in den sogenannten Trudelbetrieb gegangen ist und nur noch eine minimale Drehzahl oder den völligen Stillstand erreicht hat. Laut eines Windenergieanlagen-Herstellers wird dieses Abschalten einen sehr geringen Mehrverschleiß an den mechanischen Steuerelementen der Rotorblattverstellung ergeben. Eine dauerhafte mechanische Vollbremsung des Rotors („Not-Stopp“) würde dagegen zu extremen Belastungen an allen Baukomponenten der Anlage und am Fundament führen und ist dementsprechend dauerhaft nicht praktikabel und auch nicht notwendig.

Aus den Reihen der Projektentwickler und Betreiber gibt es Befürchtungen, dass diese technischen Abschaltsysteme zukünftig in jedem Projekt pauschal als Standardmaßnahme gefordert werden könnten. Vor allem wenn es in den meisten Projekten dazu keine artenschutzrechtliche Notwendigkeit gibt oder die Abschaltungen nicht nur für die jeweilige Zielart, sondern auch für viele weitere Arten durchzuführen sind. Andererseits gibt es bei einzelnen Fachbehörden aber auch die Befürchtung, dass kritische, naturschutzfachlich sensible Standorte für die Windenergieplanung zugänglich gemacht werden, die ohne diese Kamera- und Radarsysteme nicht genehmigt werden würden.
Daher sollten technische Abschaltsysteme nicht inflationär sondern einzelfallbezogen und projektspezifisch eingesetzt werden.

Fazit
Auf vielen Ebenen wird sich mit dem Thema Ausbau der erneuerbaren Energien und einer naturverträglichen Energiewende beschäftigt. Ob diese Radar- und Kamerasysteme eine Möglichkeit sein können, um den Ausbau der Windenergie naturverträglich voranzubringen, bleibt abzuwarten. Die Systeme stellen aber sicher die Möglichkeit dar, einige Standorte mit pauschalen Abschaltzeiten wirtschaftlicher zu betreiben oder Standorte überhaupt zu realisieren. Vor allem stellen sie jedoch einen sicheren Schutz von Groß- und Greifvögeln im entsprechenden Windpark dar.

Weitere Systeme finden sich derzeit in unterschiedlichen Ländern in der praktischen Erprobung. Dabei werden Vor- und Nachteile, wie zum Beispiel Messgenauigkeiten, untersucht und weitere Potentiale der Systeme entwickelt. Die Systeme sind in einem ständigen Lernprozess, um die Flugobjekte noch besser artspezifisch klassifizieren zu können. Jedoch stößt auch die aktuelle Technik an ihre Grenzen, zum Beispiel bei sichtverschattenden Elementen in der Landschaft, wie Wäldern oder hügeligen Bergkuppen. Auch schlechtes Wetter beziehungsweise schlechte Sicht (Nebel) erschwert es einigen Systemen, die Arten zu klassifizieren. Aktuell bleiben auch noch weitere Fragen ungeklärt, wie zum Beispiel mit dem sogenannten „Trudelbetrieb“, bei dem die Rotoren der Windräder aus dem Wind gedreht werden, umzugehen ist oder wie sich die Drosselung der Rotoren-Drehzahl auf das Verhalten der Tiere auswirkt.

Planerische Überlegungen gehen dahin, dass die Technik für den Umgang mit einer nachträglichen Ansiedlung von windenergiesensiblen Arten (Tiere siedeln sich erst nach Bau des Windparks im entsprechenden Gebiet an) eine Möglichkeit sein kann, um Tiere wirksam zu schützen.

Aktuell gibt es viele zielführende Maßnahmen, die dem Vogel- und Artenschutz dienen und mit dem Ausbau der erneuerbaren Energien in Einklang gebracht werden können. Das allgemeine Lebensrisiko der Vögel auf null Prozent zu senken, ist unmöglich. Durch Vermeidung und Verminderungsmaßnahmen kann aber häufig ein ausreichender Schutz gewährleistet werden.

Weitere Informationen

Weitere Informationen zu dem Thema technische Kamera, Radar und 3D-basierte Entwicklungen hat das Kompetenzzentrum Naturschutz und Energiewende (KNE) in einer Dokumentation „Vogelschutz und Windenergieanlagen“ zusammengefasst. Zudem hat das KNE auch ein „Anforderungsprofil an eine fachlich valide Erprobung von technischen Systemen zur bedarfsgerechten Betriebsregulierung von Windenergieanlagen“ (2019) entwickelt, der die Eignungs- und Wirksamkeitsnachweise für das jeweilige System nachvollziehbar und vergleichbar macht.
Über beide Dokumente berichteten wir bereits vor einiger Zeit:

Vogelschutz an WEA: KNE-Doku zeigt technischen Entwicklungsstand auf (Dezember 2019)

Forschung: Vögel an Windenergieanlagen automatisch erkennen (August 2017)

Zusätzlich gibt es vom Bundesat für Naturschutz (BfN) die Veröffentlichung „Technische Systeme zur Minderung von Vogelkollisionenan Windenergieanlagen – Entwicklungsstand und Fragestellungen“ (2020), die sich mit dem aktuellen technischen Stand und offenen Fragen diesbezüglich beschäftigt.