BirdScan MV1

Vogelfreundlichere Windenergie dank Bird Radar

Millionen von Zugvögeln durchqueren jedes Jahr die Schweiz. Für einige endet die Reise allerdings in den Rotoren von Windkraftanlagen. Ein von der ZHAW School of Engineering mitentwickeltes Radarsystem soll die Zugvögel besser schützen und gleichzeitig die Wirtschaftlichkeit von Windkraftanlagen erhöhen.

Geht es nach der Energiewende 2050 des Bundes, so wird die Zahl der Windkraftanlagen in den kommenden Jahrzehnten stark ansteigen. Hunderte zusätzliche Windturbinen bilden bis in rund 150 Meter Höhe neue Gefahrenherde für die jährlich knapp 200 Millionen Zugvögel in der Schweiz. Laut Studien der Schweizerischen Vogelwarte Sempach fliegen rund 20 Prozent dieser Zugvögel auf einer Höhe, in der sie mit Windkraftanlagen kollidieren können. Die Swiss Birdradar Solution AG hat sich zum Ziel gesetzt, dass die grüne Windenergie künftig so produziert werden kann, dass möglichst wenige Vögel zu Schaden kommen. In Zusammenarbeit mit Partnern aus Technik und Wissenschaft hat sie zu diesem Zweck ein neues System entwickelt. ‚BirdScan‘ nennt sich diese Neuentwicklung und basiert auf Radartechnologie in Kombination mit digitaler Signalverarbeitung. Die Hauptentwicklungspartner sind die Schweizerische Vogelwarte Sempach, die ZHAW School of Engineering sowie der Industriepartner Brütsch Elektronik AG. Die Kommission für Technik und Innovation (KTI) unterstützt das Projekt finanziell.

„Es geht darum, das momentane Aufkommen ziehender Vögel zu erkennen, die tagsüber und vor allem auch nachts die Schweiz in breiter Front überqueren. Bei hoher Dichte können die Windräder dann vorübergehend abgeschaltet werden.“

Felix Liechti, Vogelwarte Sempach

Vögel auf Kollisionskurs detektieren

Verpackt in einem kompakten Kasten, rund zwei Meter hoch und anderthalb Meter breit, soll das Schutzsystem künftig auf dem Areal von Windparks Einzug finden. Dazu Felix Liechti von der Vogelwarte Sempach: „Es geht darum, das momentane Aufkommen ziehender Vögel zu erkennen, die tagsüber und vor allem auch nachts die Schweiz in breiter Front überqueren. Bei hoher Dichte können die Windräder dann vorübergehend abgeschaltet werden.“ Zu diesem Zweck strahlt eine hornförmige Antenne senkrecht nach oben und überwacht den Luftraum bis in mehrere 100 Meter Höhe mit einem Winkel von zirka 45 Grad. „Das Radar sendet rund 1800 Mal pro Sekunde einen kurzen Hochfrequenzpuls aus, der von Objekten am Himmel reflektiert wird“, erklärt Daniel Früh, der das Projekt am Zentrum für Signalverarbeitung und Nachrichtentechnik (ZSN) seitens der ZHAW School of Engineering leitet. Die reflektierten Pulse werden im Empfänger am Boden digital weiterverarbeitet. Die Aufgabe von Daniel Früh und seinem Team war es, einen Algorithmus zu entwickeln, der Vögel von anderen Objekten am Himmel unterscheiden sowie deren Flughöhe und Anzahl möglichst genau bestimmen kann. Für eine optimale Detektion war es aber auch nötig, die Hochfrequenzeigenschaften des Radars weiterzuentwickeln. Dies ebenfalls im Hinblick auf die Zulassung der neuartigen Radaranlage, für die mit dem BAKOM eine neue nationale Norm ausgearbeitet wurde.

Automatische Abschaltung bei dichtem Vogelzug

Befinden sich zu viele Vögel in einer bestimmten Höhe, veranlasst das System automatisch das Stoppen der Windkraftanlage. Sobald der Vogelzug abnimmt, können die Rotoren wieder kreisen. „Der Clou an diesem System ist, dass das Abschalten und wieder Einschalten der Windparks vollautomatisch passiert“, so Daniel Früh. Dank der Echtzeitüberwachung wird der Windpark nur dann abgeschaltet, wenn die Anzahl der durchziehenden Vögel einen bestimmten Schwellenwert überschreitet. Somit ist ‚BirdScan‘ nicht nur aus Sicht der Vögel, sondern auch für die Windparkbetreiber lohnenswert, weiss Urs Seiffert von der Swiss Birdradar Solution AG, die das fertige Produkt vertreiben wird: „Bisher haben Windparkbetreiber ihre Anlagen während längerer Sperrfenster aufgrund der grob vorhersagbaren Zugtage abgeschaltet, um genügend Schutz zu bieten. Unser System liefert genauere Angaben, wann Windräder automatisch ab- und wieder eingeschaltet werden sollen. Dadurch reduziert sich die unproduktive Zeit um rund zwei Drittel.“

 „Der Clou an diesem System ist, dass das Abschalten und wieder Einschalten der Windparks vollautomatisch passiert."

Daniel Früh, Projektleitung, Zentrum für Signal- und Nachrichtentechnik (ZSN)

Feldtests und Folgeprojekt

Noch ist das Projekt allerdings nicht vollständig abgeschlossen. „Wir verbessern die Detektion der Vögel immer noch im Detail“, so Daniel Früh. Während der Algorithmus noch in seiner Genauigkeit optimiert wird, steht auf dem Solothurnischen Grenchenberg bereits seit einigen Monaten eine Anlage in Betrieb. Dort entsteht in naher Zukunft ein Windpark mit sechs Windenergieanlagen, die den Strombedarf von zwei Dritteln aller Haushalte und Gewerbebetriebe von Grenchen decken sollen.

Die ZHAW School of Engineering wird sich auch in Zukunft intensiv mit dem Thema auseinander setzen. In einem Folgeprojekt soll der Vogelzug noch genauer untersucht werden, so dass Flugrichtung und Geschwindigkeit der Vögel sowie deren Gruppenzugehörigkeit bestimmt werden können. 

Funktionsprinzip

 

 

Medienberichte

SRF Tagesschau-Beitrag vom 2. Februar 2014

Auf einen Blick

Beteiligte Institute und Zentren:

Projektpartner:

Finanzierung: Kommission für Technik und Innovation (KTI) 

Projektstatus: beendet, Folgeprojekt läuft