Auf einem Hochplateau der Schwäbischen Alb beginnen Forschungsreihen, die als weltweit einmalig gelten. Es ist ein historischer Ort für die Windkraft. E&M war da.

 

Die anspruchsvolle Topografie steckt hier schon im Namen: Von der württembergischen Stadt Geislingen an der Steige aus geht es hinauf auf ein Hochplateau unmittelbar am Albtrauf in rund 700 Metern Höhe. Zur anderen Seite am Fuße der Steilstufe, 300 Meter tiefer, liegt die Kleinstadt Donzdorf.
Die Windverhältnisse sind hier natürlich komplexer als in der Ebene. Auch die Ökologie ist vielfältig, geprägt durch eine Mischung aus Wald und Offenland. Deswegen bauten Forscher hier in den letzten Jahren das Testfeld „Winsent“ für die Windkraft auf − an historischem Standort übrigens (siehe Kasten).


Ein kühler Tag im Frühjahr: Ingenieure und Naturschützer kommen hier oben zusammen, um die Naturschutzforschung im „Winsent“ offiziell zu eröffnen. Frithjof Staiß, Vorstand beim Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW), nennt das Testfeld „weltweit einmalig“. Denn hier soll fortan untersucht werden, wie man Windkraftanlagen betreiben und zugleich Vögel und Fledermäuse bestmöglich schützen kann. Bisher geschah das, ohne dass die Windenergieanlagen schon liefen. Jetzt wird das Verhalten der Tiere bei laufenden Rotoren analysiert.

Die Bedeutung der Naturschutzforschung untermauern zum Start des Projekts auch die zahlreich anwesenden Wissenschaftler und Vertreter von Umweltverbänden. Neben dem BUND und dem Nabu, die die Forschungen begleiten, ist aus der Schweiz die Vogelwarte Sempach vertreten.

Damit wird das bestehende Windenergietestfeld „Winsent“, das unter verschiedenen Aspekten ohnehin schon beispiellos ist, weiter aufgewertet: Während in anderen Testfeldern zumeist die Hersteller ihre eigenen Komplettanlagen testen, lassen sich auf der Hochfläche der Schwäbischen Alb auch Komponenten jedweder Art an den Maschinen ausprobieren und vermessen.

Zwei physische Zwillinge, Marke Eigenbau

Zu diesem Zweck wurden in den letzten Jahren zwei baugleiche Windkraftanlagen errichtet. „Wir können dann eine Anlage zum Beispiel mit anderen Rotorblättern ausstatten und haben den direkten Vergleich“, sagt Andreas Rettenmeier, Teamleiter Windenergie am ZSW und wissenschaftlicher Leiter des Testfelds. 

Vier meteorologische Messmasten, jeweils 100 Meter hoch, erfassen unterdessen im Bereich der Einströmung und des Nachlaufs der Anlagen in Hauptwindrichtung die Windgeschwindigkeit in verschiedenen Höhen, zudem Windrichtung, Lufttemperatur, Luftfeuchte und Luftdruck sowie weitere meteorologische Parameter.

Aber nicht allein die üppige Sensorik zeichnet das Forschungsprojekt aus, sondern auch die Technik der Testanlagen. Das ZSW spricht vom „weltweit ersten Testfeld in bergigem Gelände mit vollständigem Zugriff auf Anlagentechnik und -regelung“.

Vollumfängliche Zugriffsmöglichkeiten auf alle Komponenten sind für die Forschungsvorhaben nötig. Doch wer von einem etablierten Windturbinenhersteller eine Anlage erwirbt, hat diese in der Regel nicht. Also bauten die Forscher die beiden Versuchsanlagen selbst auf.

Turm, Getriebe, Gondelverkleidung, Rotorblätter − alle Komponenten trugen sie separat zusammen und montierten diese zu einer eigenen Windkraftanlage. Das Ganze taten sie zweimal in exakt identischer Ausführung. So entstanden zwei modifizierbare Forschungsanlagen mit einer Nennleistung von jeweils 750 kW, einem Rotordurchmesser von derzeit 51 Metern und einer Nabenhöhe von 73 Metern.

Zu den technischen Aspekten kommt nun die Naturschutzbegleitforschung hinzu. „Nat For Winsent“ ist der etwas sperrige Name eines Forschungsvorhabens, das vom Bundesamt für Naturschutz (BfN) aus dem Haushalt des Bundesumweltministeriums gefördert wird. Es hat einen Etat von gut 1,4 Millionen Euro.
   

Das Vorhaben könne „entscheidende Erkenntnisgewinne“ bringen, wie „das Miteinander von Windenergienutzung und Artenschutz noch weiter verbessert werden kann“, sagt zum Start des Projekts vor Ort Alfred Herberg, Fachbereichsleiter im BfN. Und die Forscher des ZSW freuen sich über die „einzigartigen Bedingungen“, die es ihnen erlauben, in die Steuerung der Windkraftanlagen einzugreifen, um das Verhalten von Vögeln und Fledermäusen in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der Rotoren zu untersuchen. Zudem können die Wissenschaftler für Vorher-nachher-Vergleiche auf die umfangreichen Datenreihen zu Vögeln zurückgreifen, die es am Standort aus der bisherigen Naturschutzforschung bereits gibt.

Allerdings geht an jenem Frühlingstag vor Repräsentanten aus dem Naturschutz ein technisches Problem noch unter: Die Drehzahlregelung der Anlagen − es sind eben keine Serienmodelle − funktioniert noch nicht wie erhofft. Somit werde man einstweilen Versuche nur mit fest eingestellter Drehzahl machen können, sagt ZSW-Teamleiter Rettenmeier.

Hinzu kommt, dass die Anlagen ohnehin in den Monaten Mai bis Juli laut Genehmigungsauflage nur in der Nacht laufen dürfen − des Rotmilans wegen. Tagsüber ist ein Betrieb in diesem Zeitfenster nur gestattet, wenn ein Ornithologe vor Ort ist, der − mit einem Notknopf in der Hand − die Anlagen sofort abschaltet, wenn sich ein Rotmilan nähert.

Genau solche Einschränkungen könnten hinfällig werden, wenn die Forschungen an diesem Standort erfolgreich verlaufen und eines Tages ein verlässliches System zur Vogeldetektion vorhanden ist. Auf der Hochebene der Alb lässt man nämlich derzeit nichts aus, um das Zusammenspiel von Windkraft und Fauna zu analysieren − die zoologischen Beobachtungen sind so vielfältig, dass kaum ein Tier in den Lüften den Detektoren entgehen dürfte.

Großer Lauschangriff auf Fledermäuse

Zum Beispiel erfasst unweit der beiden Windkraftanlagen ein Radargerät rund um die Uhr über das ganze Jahr den Luftraum und hat dabei besonders den Vogelzug im Blick. Anhand der Echosignatur lässt sich auch erfassen, ob es sich um Singvögel oder Wasservögel handelt. Ein „Laser Range Finder“ ermittelt die Raumnutzung speziell des Rotmilans. Das ist am Standort ein wichtiges Thema, weil die Anlagen in einem sogenannten (Populations-)Dichtezentrum des Greifvogels stehen.

Aber auch Insekten werden in dem Testfeld beobachtet. Sie lassen sich zum Beispiel bis zu einer Höhe von 500 Metern per Radar erfassen. An den meteorologischen Messmasten befinden sich zudem in verschiedenen Höhen Fotofallen für Insekten. Des Weiteren stehen an mehreren Orten Geräte, die Fledermäuse belauschen. Mittels dieser „Batcorder“ lassen sich anhand des Frequenzspektrums im Ultraschallbereich sogar die unterschiedlichen Fledermausarten gut auseinanderhalten.

Wenn man die am Standort zeitgleich erhobenen meteorologischen Daten abgleiche, könne man neue Erkenntnisse zum Flugverhalten der unterschiedlichen Tierarten in Abhängigkeit vom Wetter gewinnen, so die Wissenschaftler. Sichtweite und Turbulenzen (Luftverwirbelungen) sind dabei wichtige Parameter. Auf Grundlage dieser Erkenntnisse sollen „Vermeidungsmaßnahmen konzipiert werden, die einen größtmöglichen Schutz bei optimaler Energiegewinnung gewährleisten“, heißt es.

Auf einem Baucontainer nahe einer der beiden Windkraftanlagen sind deswegen Kameras installiert, die selbsttätig den Himmel rund um die beiden Anlagen überwachen. Der „Bird Recorder“ lokalisiert anfliegende Vögel optisch und ermittelt per Bilderkennung auch die Vogelart.

Angesichts der immensen Datenfülle soll mithilfe künstlicher Intelligenz (KI), namentlich Maschinellen Lernens (ML), die voraussichtliche Flugroute der Tiere vorhergesagt werden. Windkraftanlagen sollen damit in Zukunft bei einer Annäherung von bestimmten Vogelarten rechtzeitig automatisch abschalten − mit dem Ziel, fixe Abschaltzeiten verzichtbar zu machen, wie sie bisher in den immissionsrechtlichen Genehmigungen verordnet werden. Solche Schutzmaßnahmen für Vögel stünden bereits „an der Schwelle zur Praxisanwendung“, heißt es am ZSW. Besonders für den Schutz von Rotmilanen werden sie getestet. 

Das übergeordnete Ziel sei die Versachlichung der Diskussion, sagt BfN-Fachbereichsleiter Herberg. Das betreffe zum einen die Öffentlichkeit, deren Debatten oft vom Konflikt der Windkraft mit dem Naturschutz geprägt sind. Aber wissenschaftliche Analysen sollen auch Politik, Behörden und Verbänden helfen, fundierte Entscheidungen zu treffen − was immer wichtiger wird: Denn angesichts der Ausbauziele der Politik rücken mehr Flächen mit Zielkonflikten in den Fokus, die einer diffizilen Abwägung bedürfen.