Rotorradius und Gondelmonitoring

16.12.2016

Bei der Prüfung von Genehmigungsunterlagen bin ich regelmässig darüber gestolpert, dass unabhängig von der Anlagenkonfiguration immer die selbe Gefährdung angenommen wird. Dabei hat die Anlagenkonfiguration einen entscheidenden Einfluss auf die Wahrscheinlichkeit der Kollision von Fledermäusen. Vor allem für die Massnahmen zur Minderung der Schlagopfer und des Risikomanagements (Gondelmonitoring) muss sie berücksichtigt werden. In diesem Beitrag werde ich die Frage stellen, in wie weit die vorhandene Methodik für große Rotordurchmesser angepasst werden muss.

Entwicklung der Rotordurchmesser seit 2007

Im Jahr 2007 begann eines der umfangreichsten Forschungsprojekte zur Problematik des betriebsbedingten Fledermausschlags durch Windenergieanlagen (WEA). Die Forscher der Universitäten Erlangen und Hannover untersuchten dazu ca. 70 WEA systematisch und standardisiert mittels Gondelmonitoring und Schlagopfersuche¹. Dabei wurden primär Enercon E70 mit 70 Meter Rotordurchmesser und einer Nabenhöhe von 96 Metern untersucht. Die Weiterentwicklung der WEA hat zur Folge, dass mittlerweile die Rotordurchmesser deutlich angestiegen sind. Moderne WEA haben Rotoren mit Durchmessern von 120 bis 140 Metern.

Sie sind also doppelt so groß und überstreichen eine vier mal so große Fläche und ein noch deutlich größeres Volumen. Für Fledermäuse sind diese damit gefährlicher, die Wahrscheinlichkeit Kollisionsopfer² zu werden ist entsprechend für jedes einzelne Individuum - signifikant, wenigstens aber deutlich - erhöht.

Berücksichtigung bei ProBat / RENEBAT 2

Die größeren Rotoren sind auch von den Forschern des genannten Forschungsprojekts als neue Einflussgröße erkannt worden. Basierend auf Filmen einer Wärmebild-Kamera wurde das Verhalten der Tiere im Rotorbereich untersucht. Es zeigte sich eine Attraktionswirkung der Gondel³. Die Autoren werteten wärmeoptisch ermittelte Fledermauspositionen im Hinblick auf den Abstand zur Gondel aus. Die Bilder zeigten eine Häufung im Gondelumfeld, wodurch auf eine Attraktionswirkung durch die Gondel geschlussfolgert wurde. Daraus ermittelt wurde ein Skalierungsfaktor, der die Ungleichverteilung zwischen Gondel und Rotorspitze berücksichtigt. Größere Rotoren wirken damit weniger gefährlich für Fledermäuse, als eine Gleichverteilung annehmen lässt.

Das häufig beobachtete Hochfliegen von Tieren an WEA-Masten wurde nicht weiter berücksichtigt, darf aber eigentlich auch nicht vernachlässigt werden. Denn unter Umständen besteht Attraktionswirkung nicht nur durch die Gondel, sondern durch den gesamten Mastaufbau. Nichtsdestotrotz handelt es sich um ein statistisch interessantes Modell, dass jedoch meiner Meinung nach mehrere mögliche Unklarheiten respektive Fehler beinhaltet.

Fledermäuse, die von der Seite (links, rechts, aber auch unten, oben) zur Gondel gelangen wollen, einen entsprechend des größeren Rotoradius weiteren Flugweg durch den Rotorraum in Kauf nehmen um zur Gondel zu gelangen. Damit steigt selbst bei langsam drehendem Rotor die Gefahr einer Kollision deutlich an. Anstelle 35 Meter müssen dann zum Beispiel 60 oder 70 Meter durch den Rotorbereich geflogen werden. Die Gefahr bereits durch die Rotorspitze geschlagen zu werden, ist bei einem großen Rotor aber nicht geringer. Vielmehr liegt die Geschwindigkeit der Rotorspitze deutlich über der kleinerer Rotoren.

Ein weiterer Kritikpunkt ist die Verwendung der Positionen als Maß für die Aktivität. Man stelle sich vor, ein Großer Abendsegler fliegt im offenen Luftraum mit 15 m/s. Dann stellt er durch Änderungen von Luftströmungen oder durch leise Echos der Gondel eine mögliches Objekt im Flugraum fest. Er beginnt seine Rufrate zu erhöhen und wird seine Geschwindigkeit erniedrigen. Aufnahmen aus Gondeln zeigen deutlich, dass es zu Annäherungsrufen ähnlich an einem Waldrand kommt. Die Geschwindigkeit lässt sich nicht messen, würde aber eigentlich aus den Flugbahnen auch extrahiert werden können (fehlt aber im Bericht). Fliegt das Tier nun tatsächlich langsamer, dann werden die Abstände der Positionen geringer. Eine Häufung mit zunehmender Gondelnähe könnte dadurch erklärt werden. Die Interpretation der Attraktionswirkung ist dabei unumstösslich, eine höhere Dichte um die Gondel aber nicht zwingend so direkt wie im Projektbericht ableitbar.

Besonders kritisch ist anzusehen, dass keine Prüfung der Ergebnisse an WEAs mit größeren Rotoren oder zu anderen Jahreszeiten stattgefunden hat. Das bedeutet, die Autoren leiten aus 6 Anlagenächten (4 WEAs) und 37 Flugbahnen die selbe Wirkung für beliebig konfigurierte WEAs für alle Fledermausarten zu jeder Jahreszeit ab. Hierauf basieren nun alle Leitfäden respektive Bewertungen mit ProBat, unberücksichtigt dessen, ob die Ergebnisse tatsächlich skalierbar sind. Dabei hat sicherlich die Motivation der Tiere einen Einfluss aufs Verhalten. Jagd-, Erkundungs-, Wanderungs- oder Balzflüge erfolgen alle aus unterschiedlicher Motivation heraus, das Verhalten der Tiere kann dabei sehr unterschiedlich ausfallen. Insbesondere wenn Tiere WEA-Masten erkunden, werden sie sich von unten an die Gondel annähern und den Rotorradius ins einer ganzen Länge von Rotorunterspitze bis zur Gondel durchfliegen. Komplexe jahreszeitliche Verhaltensmuster lassen sich jedoch nicht so einfach in solch ein festes Raster packen.

Auch muss man hinterfragen, wie den ProBat im Falle nicht aufgezeichneter Aktivität (Überschrift “Berücksichtigung beim Gondelmonitoring” im folgenden Text) noch valide Berechnungen erbringen kann. Denn ab einer gewissen Rotorgröße werden insbesondere im Grenzbereich der Abschaltgeschwindigkeit (5-6 m/s) Tiere deutlich vor Erreichen der Detektionsreichweite des Detektors bereits im Rotorbereich als Kollisionsopfer enden. Rufe dieser Tiere fehlen dann aber, wenn die Entfernung zu groß ist. In wie weit ProBat dann noch valide Berechnungen durchführen kann, erschliesst sich mir noch nicht. Dies liesse sich basierend auf erhobenen kompletten Daten jedoch gegebenenfalls abschätzen. Jedoch schreiben die Autoren auf Seite 31 selber: “Da wir auf Daten aus RENEBAT I zurückgreifen wollten, war die Auswahl der WEA nur aus der Gruppe der bereits untersuchten Anlagen möglich”. Dies impliziert, dass eine Übertragung nicht zwingend möglich ist.

Daher mehr ein wissenschaftlicher Wert und hilfreich im Hinblick auf das Verständnis, wie Fledermäuse WEAs wahrnehmen, aber für die Praxis im Hinblick auf Berechnungen zu möglichen Schlagopfern wegen der genannten Probleme eigentlich nicht besser geeignet, als der strenge lineare Skalierungsfaktor. Im Hinblick auf das Tötungsverbot halte ich die Anwendung des weniger strengen Dichte-abhängigen Faktors daher als grob fahrlässig, wenn keine weitere Untersuchung an großen WEAs durchgeführt wird.

Berücksichtigung bei Standard-Abschaltung

In den diversen Artenschutzleitfäden zum Windkfraftausbau, die beinahe alle Bundesländer mittlerweile erstellt und als Verwaltungsvorschrift veröffentlicht haben, wird für den Regelfall eine Abschaltung analog zu Brinkmann et al 2011¹ durchgeführt. Da sich diese jedoch auf 70 Meter Rotordurchmesser bezieht, muss eigentlich bei größeren Rotoren wie oben beschrieben wenigstens die im Rahmen von RENEBAT 2 ermittelte Korrektur angewendet werden. Alternativ, um auf der sicheren Seite im Hinblick auf die wirksame Minderungsmassnahme zu sein, sollte der linear skalierte Korrekturfaktor verwendet werden. Ansonsten ist das Schlagrisiko erhöht oder sogar deutlich erhöht. Beim Betrieb steigt somit die Gefahr der Kollision für einzelne Individuen deutlich an und das Tötungsverbot (§44 BNatschG) wird ausgelöst werden. Insofern besteht für den Betrieb aller genehmigten Anlagen mit größeren Rotoren eine große Rechtsunsicherheit.

Berücksichtigung beim Gondelmonitoring

Als eine Massnahme des Risikomanagements und zur Bewertung der tatsächlichen Aktivität im Rotorbereich wird meist basierend auf dem genannten Forschungsprojekt eine akustische Gondelerfassung durchgeführt. Die Ergebnisse dienen der Anpassung der tatsächlichen Betriebsbedingungen. Es wird in der Gondelhülle dazu ein Mikrofon schräg nach unten ausgerichtet eingebaut, möglichst analog zum Einbau im Rahmen des Forschungsprojekts. Dabei ergaben bereits die Auswertungen der RENEBAT-Forscher, dass die maximale Reichweite Frequenzabhängig bei <= 30 Meter liegt (gilt für 40 kHz aufwärts). Das bedeutet wiederum, dass wenigstens Pipistrellus-Rufe erst gehört werden können, wenn das Tier sich schon 35 bis 45 Meter weit in den Gefahrenbereich eines modernen, großen Rotors hineinbewegt hat. Bei der Betrachtung der Skalierungsfaktoren für größere Rotoren wurde das Problem im RENEBAT Projekt scheinbar übersehen.

Die 30 Meter Detektionsweite für Zwerg- oder Rauhhautfledermaus sind zudem die maximalen Reichweiten - diese werden nur selten erreicht. Denn bei der Betrachtung darf nicht vereinfacht angenommen werden, dass eine Fledermaus immer mit gleichem Schalldruckpegel und in alle Richtungen gleich ruft. Der Rufpegel wurde für Berechnungen im RENEBAT 2 Bericht auf 120 dB SPL (10 cm vor der Fledermaus) festgesetzt. Für Zwerg- und Rauhhautfledermaus stellt dies vermutlich das Maximum dar, regelmässig werden die Tiere aber auch mit weniger Schalldruck rufen. Fällt der Wert zum Beispiel auf 114 dB ab, halbiert sich die Reichweite bereits (etwas vereinfacht, ohne Berücksichtigung der atmosphärischen Abschwächung!). Aus 30 Metern werden dann ca. 15 Meter Reichweite. Auch die Richtung der Fledermaus im Hinblick auf das Mikrofon beeinflusst die Detektionsreichweite. Die Fledermaus strahlt ihre Rufe gebündelt aus. Die Schallkeule hat dabei eine vertikale Öffnung von ca. 75° (-6 dB Bereich) und ist stärker nach unten ausgerichtet ⁴. Das bedeutet bei zunehmender Abweichung der Rufe von der Achse zum Mikrofon erniedrigt sich der Schalldruck wiederum um 3, 6 oder mehr dB SPL. Wiederum also eine Abnahme auf 1/2 oder ein 1/4 der Detektions-Reichweite. Somit werden zum Beispiel aus 30 Metern maximaler Reichweite auch schnell 10 Meter oder weniger. Dies kennt eigentlich auch jeder aus seiner eigenen Erfahrung mit dem Fledermausdetektor: Wird eine Zwergfledermaus im Mischerdetektor gehört, ist sie in der Regel auch deutlich zu sehen.

Fliegt die Fledermaus die Gondel von unten an, wird die Detektionsreichweite äußerst gering sein. Fledermäuse können nicht senkrecht nach oben fliegen, nur so wäre aber der Ortungsstrahl am besten auf das Mikrofon gerichtet. Vielmehr muss eine Abschwächungen von -6 dB oder deutlich mehr angenommen werden, wenn die Detektionsreichweite abgeschätzt werden soll. Dies ergibt sich aus den gemessenen Schallkeulen. Selbst bei lauten Rufen mit 120 dB wird die Detektionsreichweite damit insbesondere für die Arten der Gattungen Pipistrellus auf deutlich unter 30 Meter, gegebenenfalls auch unter 10 Meter abfallen. Eine zuverlässige Detektion, Voraussetzung fürs Gondelmonitoring und vor allem für die Schlagopferschätzung und Bestimmung eines Betriebsalgorithmus, ist nicht mehr gegeben. Während die geringe Detektionsreichweite beim Forschungsprojekt an den Enercon E70 wohl noch ausreichend war, kann dies nicht auf die bis zu doppelt so großen Rotoren übertragen werden.

Die Grafiken zeigen deutlich, dass selbst lautere Arten mit tieferfrequenten Rufen (rechtes Bild) beim waagerechten Flug unter der Gondel nicht mehr sicher detektiert werden, obwohl sie bereits deutlich im Gefahrenbereich fliegen. Für die Grafiken wurden maximale Ruflautstärken und ein optimal ausgerichtetes Mikrofon (direkter Schalleinfall) angenommen. Diese Annahmen werden in der Praxis nur selten zutreffen, so dass die Detektionsrate noch deutlich geringer ausfallen wird. Damit können Pipistrellus-Arten nicht mehr representativ erfasst werden, auch Abendsegler werden eine deutlich verringerte Erfassungsrate haben. Berechnungen der Betriebsalgorithmen zum Beispiel mit ProBat setzt jedoch wenigstens die selbe Erfassungsrate wie für einen 70 Meter Rotor voraus.

Fazit

Im Hinblick auf die größeren Rotoren müssen dringend Anpassungen an die Methodik vorgenommen werden, um eine Rechtssicherheit für die Genehmigungen zu gewährleisten. Dies wurde bereits schon 2015 in einer Veröffentlichung der Fachagentur Windenergie an Land benannt ⁵. Auch wenn Behörden durch die Verwaltungsvorschriften (Leitfäden) unter Umständen gebunden sind, müssen Fachgutachter bei der Konfliktbewertung Anlagenspezifisch das Problem erkennen und auch berücksichtigen. Ein Fachgutachten des Genehmigungsverfahrens ist nicht an die Leitfäden gebunden, sondern muss eine ausreichende Rechtssicherheit für den Betrieb ermöglichen. Anlagen-Genehmigungen, die keine besondere Berücksichtigung des Rotordurchmessers beinhalten, sind meiner Meinung nach im Falle einer Klage nicht haltbar, wenn es sich um moderne große Rotoren handelt. Da die Genehmigungen per UIG einsehbar sind, besteht hier eine Möglichkeit für den Verbandsnaturschutz durch Klagen den Betrieb nachbessern zu lassen. Nur so kann der Betrieb mit der Rechtssprechung und dem §44 BNatschG in Einklang gebracht werden. Ohne Anpassungen steigt die Wahrscheinlichkeit stark an, dass durch den Betrieb das Tötungsverbot ausgelöst wird. Ohne eine wirksame Ausnahmegenehmigung nach § 45 Abs. 7 Satz 1 Nr. 5 BNatschG ist ein Betrieb dann nicht möglich, die nächtliche Totalabschaltung wäre eigentlich die logische Folge.

Posted by Volker Runkel - - Kategorien: WindkraftPipistrellusNyctalusReichweite