Nachhaltige KI-Lösung für Naturschutz und Energiegewinnung

„Es lohnt sich über den Tellerrand zu blicken und zu netzwerken“, sagt Eike Linnenbrügger, Vertriebsleiter der insensiv GmbH. Der Bielefelder Spezialist für Bildverarbeitung, der sich u. a. mit Kameratechnologie für Pfandautomaten einen Namen gemacht hat, hat genau das getan. Das Resultat: ein intelligentes Vogelschutzsystem. Die KI-basierte Kameratechnologie Bird.Ification sorgt dafür, dass Windenergieanlagen wirtschaftlicher laufen und dabei zugleich bedrohte Vogelarten geschützt werden.

„Es ist wichtig, die Windenergie als eine der tragenden Säulen der Energiewende voranzubringen“, erklärt Eike Linnenbrügger. Doch der Ausbau der Anlagen verläuft oft schleppend – nicht zuletzt wegen strenger Auflagen, u. a. zum Schutz bedrohter Vogelarten. „Der Stapel Papier rund um Genehmigungen von Windenergieanlagen ist oft über einen Meter hoch“, stellt der Vertriebsleiter fest und deutet damit an, wie komplex das Zusammenspiel aus Naturschutz, Technik und Verwaltung ist. „Ein großer Teil dieses Aktenbergs sind dem Artenschutz gewidmet.“ Greifvögel wie der Rotmilan zählen zu den geschützten Arten und sind in der Region heimisch – insbesondere in der landwirtschaftlich geprägten Paderborner Hochebene, die zugleich einen der größten Onshore-Windparks Deutschlands beherbergt. Wird er in der Nähe einer geplanten oder bestehenden Windkraftanlage gesichtet, drohen Auflagen oder gar Stilllegungen. Mit gravierenden Folgen für die Wirtschaftlichkeit der Anlagen. „Ohne intelligente Assistenzsysteme lohnt sich der Bau neuer Windräder in bestimmten Fällen wirtschaftlich nicht“, bringt Eike Linnenbrügger die Situation auf den Punkt. Zumal Abschaltungen häufig pauschal erfolgen. Diese sogenannte Mahdabschaltungen bei landwirtschaftlicher Bewirtschaftung sind für die Betreiber*innen – oft steckt hinter jeder Windkraftanlage eine einzelne GmbH – besonders problematisch. „Muss man solche Anlagen durch Bewirtschaftungsereignisse zehn Mal im Jahr abschalten, ergibt sich daraus ein enormer Ertragsverlust“, erklärt Eike Linnenbrügger das Dilemma. Bei Erträgen von bis zu 10.000 Euro pro Tag ergeben sich hier schnell Beträge, die einen wirtschaftlichen Betrieb unmöglich machen.

Es ist wichtig, die Windenergie als eine der tragenden Säulen der Energiewende voranzubringen

Eike Linnenbrügger

Intelligente Abschaltung bei konkreter Gefahr

Um dieses wirtschaftliche Risiko zu minimieren, hat insensiv ein KI-gestütztes Antikollisionssystem (AKS) entwickelt. Auf der Paderborner Hochebene ist die in Bielefeld entwickelte KI-basierte Lösung – trainiert wurde sie mit zehntausenden Datensätzen – bereits im Einsatz. Bird.Ification analysiert den Luftraum rund um eine Windkraftanlage in Echtzeit. Vier Spezialkameras, montiert in zehn bis fünfzehn Metern Höhe, scannen permanent den Himmel rund um das Windrad. Das System nutzt selbstlernende Algorithmen, sogenannte tiefe neuronale Netze, um fliegende Objekte zu erkennen, zu klassifizieren und deren Flugbahn zu berechnen. Die Kameras arbeiten dabei ähnlich wie ein Raubvogel: Sie fixieren sich auf ein verdächtiges Objekt, das durch Flugmuster, Geschwindigkeit und Silhouette potenziell als geschützter Vogel eingestuft wird. Eine zweite Kamera schaltet sich automatisch zu, um weitere Daten zu sammeln. Die KI berechnet daraufhin in Sekundenbruchteilen, ob der Vogel in den kritischen Gefahrenbereich der Rotoren fliegt. Ist eine Kollision wahrscheinlich, wird das Windrad in einen sogenannten Trudelmodus versetzt. Dabei verlangsamen sich die Rotoren rapide. Allerdings ohne die Anlage komplett stillzulegen. „Greifvögel, die sich beim Jagen auf ihr Ziel fokussieren, beschreiben in ihrer Flugbahn übrigens kreisförmige Bewegungen. Sie fliegen nicht, wie man vermuten könnte, direkt und mit hoher Geschwindigkeit in die Rotoren hinein“, beschreibt Eike Linnenbrügger das Flugverhalten der Tiere. Der Trudelmodus sorgt schließlich dafür, dass die Vögel die Gefahr rechtzeitig erkennen und sicher passieren können. „Die KI-Magie passiert genau in diesem Moment.“ Und sie funktioniert offenbar besser als der Mensch: In Testreihen mit Gutachter*innen, die die Region parallel beobachteten, identifizierte das KI-System zum Teil mehr relevante Vogelsichtungen als das menschliche Auge.

Wirtschaftlicher durch gezielte Abschaltungen

Der größte wirtschaftliche Hebel liegt im gezielten Eingriff. Während pauschale Stillstände oft viele Stunden bis Tage dauern, greift das Antikollisionssystem nur dann ein, wenn tatsächlich Gefahr besteht. Das senkt die Zahl der Abschaltungen drastisch, stabilisiert die Stromproduktion und damit den Ertrag und sichert gleichzeitig den Artenschutz. Besonders für Anlagen in sensiblen Regionen mit hohem Greifvogelvorkommen, wie der Paderborner Hochebene, ist das ein Vorteil. Dort hat insensiv aktuell vier Anlagen mit dem System ausgestattet.

„Die regulatorische Situation ist schwierig, da sie sich quasi immer auf das einzelne Windrad bezieht. Damit gibt es rund 30.000 Einzelfälle, wo die individuelle Situation rund um die Windenergieanlage darüber entscheidet, ob und wann sie abgeschaltet werden muss“, macht Eike Linnenbrügger deutlich. Die Zuständigkeit liegt meist bei der unteren Naturschutzbehörde. „Das führt zu einem Flickenteppich.“ Hier bietet das AKS eine standardisierbare, belastbare Lösung. Und zwar sowohl für Neubauten als auch für das Repowering von Windkraftanlagen. „KI ist ein Bestandteil unseres Werkzeugkoffers“, so Eike Linnenbrügger. Trainiert wird das System mit realen Daten – inklusive Federbildern und Flugverhalten. Künftig soll die KI sogar in der Lage sein, das individuelle Verhalten einzelner Arten wie Schwarzstörche oder Seeadler noch präziser zu erkennen und entsprechend zu reagieren. Auch wirtschaftlich ist das System robust aufgestellt: Die Kameras sind wetterfest, die Stromversorgung durch Online-USV abgesichert, und alle Komponenten lassen sich über standardisierte IT-Schnittstellen wie OPC/UA nahtlos in bestehende Windparksteuerungen integrieren. Ein Remote-Service sorgt für Wartung, Systemoptimierung und statistische Auswertung.

Lernfähige Technologie

Das System von insensiv zeigt, wie KI in der Windenergie sowohl ökologische Anforderungen als auch wirtschaftliche Ziele miteinander vereinen und so zu einem entscheidenden Erfolgsfaktor werden kann. „Den Vogelschutz und die Erträge zu sichern, dürfte alle Beteiligten freuen“, stellt Eike Linnenbrügger fest.