Drones4Bats - Mobile Erfassung von Fledermäusen bei On-Shore Windenergieanlagen durch autonome Messdrohnen

Abstract

Derzeitiger Stand von Wissenschaft und Technik: Der Ausbau der Windenergie ist zentral für die Energiewende, führt jedoch zu Konflikten mit dem Artenschutz, da Windenergieanlagen (WEA) ein relevantes Mortalitätsrisiko für Fledermäuse darstellen. Etablierte Monitoringverfahren – Transektbegehungen, Netzfang, stationäre Detektoren am Boden und optionales Gondelmonitoring – erfassen Aktivität nur begrenzt in den kollisionsrelevanten Rotorhöhen (60–250 m) und liefern keine zeitnahe Datengrundlage für adaptive Abschaltungen. Erste Forschungsarbeiten zeigen, dass Drohnen akustische Fledermauserfassung prinzipiell ermöglichen, jedoch bestehen bislang technische Limitierungen (hohe Störgeräusche, geringe Flugzeiten, unklare ökologische Effekte).

Begründung / Zielsetzung der Untersuchung: Das Projekt Drones4Bats zielte darauf, drohnengestützte Erfassungsmethoden systematisch zu entwickeln, ökologisch zu evaluieren und hinsichtlich eines späteren Einsatzes für den Bau und Betrieb von WEA zu bewerten. Übergeordnetes Ziel war es, das „Green-Green-Dilemma“ – Klimaschutz durch Windenergie vs. Artenschutz – durch präzisere Daten und potenziell adaptive Betriebsstrategien zu entschärfen. Erwarteter Nutzen für die Windbranche: Potenzielle Verringerung von Abschaltzeiten, wissenschaftlich fundiertere Genehmigungsprozesse, Reduktion ökologischer Risiken und Sicherung der Energieerträge.

Methode: Das Projekt kombinierte technische Entwicklung, Laboruntersuchungen und ökologische Feldtests. Technisch wurden Multicopter- und Lighter Than Air-Systeme ausgestattet, neu konfiguriert und teils eigens entwickelt (Propeller-/ESC-Optimierung, Mikrofonplatzierung, Software, autonome Lade- und Landeplattform). Akustische Emissionsmessungen bis 100 kHz, aerodynamische Analysen und Mikrofonpositionierungstests dienten der Lärmminimierung. Parallel erfolgten standardisierte Feldexperimente in zwei Anwendungsszenarien: (1) Transektmonitoring vor WEA-Bau, (2) Erfassung an bestehenden WEA inklusive Vergrämungsstudien, statistischer Auswertung und Vergleich mit konventionellen Verfahren.

Ergebnis: Technisch konnte die Drohnenerfassung funktionsfähig demonstriert werden. Geräuschquellen im Ultraschallbereich wurden identifiziert und reduziert, stabile Flugplattformen mit Echtzeit-Datenübertragung und automatischer Ladeinfrastruktur aufgebaut; die Signaldetektion wurde trotz Restgeräuschen verbessert. Ökologisch zeigten die Vergrämungstests artspezifische Verhaltenseffekte, die auf keine bis zu einer leichter Vergrämungswirkung schließen lassen. Drohnen lieferten in 60–180 m Höhe zusätzliche Aktivitätsdaten, die in mehreren Fällen vom Muster bodennaher Detektoren abwichen und damit einen echten Informationsgewinn darstellen. Im Vergleich zum Gondelmonitoring konnten ergänzende Erfassungszonen abgedeckt werden.

Schlussfolgerung / Anwendungsmöglichkeiten: Drohnen sind ein geeignetes ergänzendes Monitoringinstrument für die Windenergiebranche – insbesondere in rotorblattnahen Höhen. Potenziale bestehen für: (1) Genehmigung – verbesserte Datengrundlagen vor Bau einer WEA; (2) Betrieb – perspektivisch ergänzender Einsatz für adaptive Abschaltungen und Reduktion von Ertragsverlusten; (3) Artenschutz – präzisere Risikoabschätzung im Habitat Luft. Aktuell ist der Einsatz noch nicht voll standardisiert, jedoch technisch machbar, ökologisch vertretbar und aus Branchensicht vielversprechend. Zukünftige Schritte betreffen Normierung, Weiterentwicklung lärmarmer Drohnen, rechtliche Möglichkeit eines autonomen Einsatzes von Drohnen und Integration in Leitfäden.

Current State of Science and Technology: The expansion of wind energy is central to the energy transition but leads to conflicts with species protection, as wind turbines (WTs) pose a significant mortality risk for bats. Established monitoring methods—transect walks, mist netting, stationary ground detectors, and optional nacelle monitoring—only partially capture activity in collision-relevant rotor heights (60–250 m) and do not provide timely data for adaptive shutdowns. Initial research shows that drones can theoretically enable acoustic bat detection, but technical limitations remain (high noise levels, short flight times, unclear ecological effects).

Objective: The Drones4Bats project aimed to systematically develop drone-based detection methods, evaluate them ecologically, and assess their potential use during the construction and operation of WTs. The overarching goal was to mitigate the “green-green dilemma”—climate protection through wind energy vs. species protection—by providing more precise data and potentially adaptive operational strategies. Expected benefits for the wind industry include reduced shutdown times, scientifically grounded approval processes, lower ecological risks, and secured energy yields.

Method: The project combined technical development, laboratory investigations, and ecological field tests. Multicopter and lighter-than-air systems were equipped, reconfigured, and partly newly developed (propeller/ESC optimization, microphone placement, software, autonomous charging and landing platforms). Acoustic emission measurements up to 100 kHz, aerodynamic analyses, and microphone positioning tests were conducted to minimize noise. In parallel, standardized field experiments were carried out in two application scenarios: (1) transect monitoring before WT construction, (2) detection at existing WTs including deterrence studies, statistical analysis, and comparison with conventional methods.

Results: Technically, drone-based detection was successfully demonstrated. Ultrasound noise sources were identified and reduced, stable flight platforms with real-time data transmission and automatic charging infrastructure were established; signal detection was improved despite residual noise. Ecologically, deterrence tests showed species-specific behavioral effects ranging from none to slight deterrence. Drones provided additional activity data at heights of 60–180 m, which in several cases differed from patterns recorded by ground-based detectors, representing a genuine gain in information. Compared to nacelle monitoring, additional detection zones could be covered.

Conclusion and application potential: The project found that drones are a suitable complementary monitoring tool for the wind energy sector—especially at rotor blade heights. Potential applications include: (1) Permitting – improved data basis before WT construction; (2) Operation – supplementary use for adaptive shutdowns and reduction of energy losses; (3) Species protection – more precise risk assessment in the aerial habitat. Currently, deployment is not fully standardized but is technically feasible, ecologically acceptable, and promising from an industry perspective. Future steps include standardization, further development of low-noise drones, legal frameworks for autonomous drone use, and integration into guidelines.