Zastosowanie sztucznej inteligencji oraz najnowszych rozwiązań w zakresie ochrony ptaków przed kolizjami z turbinami wiatrowymi było jednym z głównych tematów podjętych podczas II edycji Konferencji „Energetyka Wiatrowa i Ptaki”. Eksperci przedstawili najnowsze rozwiązania oraz możliwości związane z zastosowanie sztucznej inteligencji (AI) czy uczenia maszynowego. Te rozwiązania dają wiele szans i możliwości, ale kluczem jest pozyskanie odpowiednich danych, które umożliwią odpowiednią identyfikację ptaków i właściwą reakcję. Obecnie dostawcy technologii systemów detekcyjno-reakcyjnych testują możliwości sztucznej inteligencji w zakresie analizy danych i prognozowania zachowań ptaków.
Jannes Kreutzfeld z PNE AG opowiedział o pilotażowych badaniach zautomatyzowanego systemu ochrony ptaków na niemieckiej farmie wiatrowej. Przypomniał, że jednym z głównym powodów odrzucania przez organy administracji publicznej projektów wiatrowych w Niemczech były kwestie środowiskowe. Rozwiązaniem są systemy ochrony ptaków przed kolizjami wiatrowymi.
-Kilka lat temu uruchomiliśmy projekt pilotażowy, by poszukać odpowiedzi na kilka pytań i opracować rozwiązanie. Skupiamy się w nim na wykrywalności ptaków, czasie reakcji turbiny wiatrowej i identyfikacji gatunków– powiedział.
W zespole pracują eksperci Vestasa jako producenta turbin wiatrowych oraz polskiej firmy Bioseco jako dewelopera systemy antykolizyjnego.
Działanie systemu polega na definiowaniu strefy reakcji. Jeśli ptak wlatuje lub wkracza na teren farmy wiatrowej, wówczas sygnał jest przesyłany do sterownika turbiny, który z kolei zmniejsza prędkość obrotu turbiny do nawet próby jej wyłączenia. Możliwe jest już wdrożenie techniki pozycjonowania trójwymiarowego. Kamery są ustawiane w taki sposób, by pokryć obszar 360 stopni wokół turbiny. Kluczową cechą systemu Bioseco jest to, że można identyfikować gatunki ptaków oraz śledzić tor ich lotu.
Powiedział, że zatrzymanie turbiny jest uzależnione od wielkości ptaka. W tym momencie trudno ocenić skutki oraz wolumen ograniczonej produkcji energii wiatrowej. Na to wpływa kilka elementów jak liczba lotów ptaka w strefie farmy wiatrowej czy warunki pogodowe w danym dniu.
Ekspert poinformował, że rezultaty pilotażu są zadowalające, a wyniki zostały opublikowane w raporcie eksperckim BioConsult & Bionum,
Systemy BPS wymagają wysokich nakładów finansowych i technicznych, co może się przełożyć na wzrost kosztów wyprodukowania energii (koszt projektu). Wymogi w zakresie ochrony gatunków muszą być dokładnie wskazane, a systemy BPS powinny być ostatnią opcją.
W Niemczech obecnie prowadzone są badania dotyczące zachowań kani rudej, w ramach których oczujnikowano 1000 ptaków.
Odpowiedzią może być ograniczenie prędkości wirnika
Henri-Pierre Roche z Biodiv-Wind wskazał, że zmniejszenie prędkości wirnika turbiny wiatrowej może znacznie zmniejszyć ryzyko kolizji zbliżającego się ptaka z instalacją wiatrową. Firma Biodiv-Wind rozwijana jest od 2015 r. i specjalizuje się rozwoju systemów antykolizyjnych on demand. Biodiv-Wind zainstalował ok. 650 systemów w 13 krajach, głownie w Europie Zachodniej oraz m.in. w Brazylii. Ekspert pracuje nad programami dotyczącymi ptaków szponiastych.
Działanie systemów polega na wykrywaniu ptaka w strefie oraz ograniczeniu prędkości rotora lub zatrzymaniu turbiny. Jak wskazał, wydaje się to z pozoru proste, jednak wyłączenie turbiny wiatrowej nawet na krótki moment rodzi się z kilkoma problemami. Po pierwsze to zużycie hamulca silnika, która w trybie awaryjnym wyłącza farmę wiatrową. Po takim zdarzeniu za każdym razem przeprowadzana jest kontrola turbiny, co w przypadku często identyfikowanych ptaków może rodzić problemy w eksploatacji farmy wiatrowej i efektywności jej pracy, a ostatecznie przekłada się na koszty serwisowania farmy wiatrowej.
Druga kwestia to możliwości ustawienia w odpowiedni sposób turbiny w pozycji do wiatru oraz stopniowe zwalnianie prędkości turbiny wiatrowej. Turbiny zwolnione do określonej prędkości granicznej mogą się ostatecznie zatrzymać. Zauważył, że całkowite zatrzymanie wirnika wymaga obserwacji pogody, gdyż np. w przypadku dużej wietrzności trudno jest wstrzymać pracę turbiny w sposób nagły ze względów bezpieczeństwa. Należy też pamiętać o wskaźnikach zapotrzebowania na energię, w szczególności w krajach, gdzie udział energii wiatrowej w miksach energetycznych jest już znaczący. We Francji trwa obecnie dyskusja na temat projektowania turbin wiatrowych, które będą optymalizowane pod kątek potrzeby częstych wyłączeń.
– Kolizje będą się zdarzać, ale możemy je jeszcze bardziej ograniczać – podkreślił.
Adam Jaworski, szef polskiej firmy Bioseco, opowiedział o systemach detekcyjno-reakcyjnych na farmach wiatrowych w Europie, ochronie ptaków drapieżnych i stratach w produkcji energii spowodowane włączeniami. BPS to rozwiązania produkowane przez Bioseco, będącymi systemami sterowizyjnymi, które potrafią identyfikować odległość ptaka oraz ocenić jego wielkość. Bioseco współpracuje z dwoma producentami turbin wiatrowych w zakresie opracowania protokołów spowalniania.
Jaworski powiedział, że sztuczna inteligencja to „świetne słowo”, które daje wiele możliwości, ale i ryzyka w zakresie monitoringu farm wiatrowych.
– Zajmujemy się teraz machine learning ucząc system analizy danych i prognozy zachowań. Z czasem będzie można rozwinąć model na podstawie najnowszych danych. Należy pamiętać, że sztuczna inteligencja wszystkiego nie przewidzi. Musimy mieć setki danych, a móc dopiero prognozować. Aby nie był to system halucynacji, musimy mieć dostęp do real data – powiedział Jaworski.
– Nie jestem dziś w stanie odpowiedzieć, kiedy z pewnością na poziomie 90% będziemy mogli przewidzieć, jakim torem przeleci ptak w pobliżu farmy wiatrowej – powiedział.
AI szansą na efektywne działanie
Søren Enghoff z Spoor opowiedział o monitorowaniu ptaków za pomocą AI i kamer monitorujących o wysokiej rozdzielczości. Firma zajmuje się zastosowaniem sztucznej inteligencji w energetyce wiatrowej onshore i offshore wind.
– Machine learning przyspieszy procesy, pozwoli na łatwiejsze zrozumienie energetyki wiatrowej, uzyskiwanie pozwoleń, ale też monitorowanie ptaków – powiedział.
Tradycyjne metody nie zawsze odpowiednio funkcjonują z dwóch powodów. Po pierwsze, występują ograniczenia w postaci niedostatecznie wystarczających kadr i ekspertów, którzy nie są w stanie przenalizować wszystkich danych, by móc w stanie sprostać oczekiwania energetyki wiatrowej.
– Widzimy całą listę wyśrubowanych wymogów stawianych przed branżą, więc cześć tych procesów wymaga automatyzacji, aby odciążyć konsultantów i analityków – powiedział.
„Pojawia się ryzyko fałszywie pozytywnych i negatywnych wykryć i musimy być tego świadomi, zanim coś takiego się stworzy. Nasi klienci to operatorzy i producenci farm wiatrowych, który chcą mieć informacje, jak radzić sobie z tą tematyką. Jeżeli chodzi o wartości, to takie rozwiązanie może pomóc w profilowaniu bioróżnorodności w obszarze energetyki wiatrowej i Holandia jest świetnym przykładem w tym momencie”.
Kampanie monitoringu prowadzone są jeszcze przed uruchomieniem morskiej farmy wiatrowej. Zestawy monitoringowe można umieścić na pływających jednostkach, turbinach wiatrowych oraz bojach. Wyzwaniem jest to, że instalacja na ruchomych elementach utrudnia monitoring. Spoor stworzył system stabilizacji elementów, co pozwala na bardziej stabilny obraz z kamer. Dużo łatwiej jest z jasnych powodów wykryć większe ptaki, aniżeli mniejsze. Ważne jest zastosowanie odpowiednich kamer.
Ekspert wskazał, że wady AI są różne, ale może czasami fałszywie oznaczyć elementy pojawiające się w obrazie kamer. Zdażyło się na tym etapie, że owad został rozpoznany jako ptak.
Radar lepszy
Dr Måns Karlsson z DHI opisał funkcjonowanie systemu MUSE, w pełni zintegrowanego i opartego na sztucznej inteligencji rozwiązaniu radarowo-kamerowym do skutecznego i opłacalnego ograniczania kolizji ptaków i nietoperzy. DHI jest firma ekspercką w dziedzinie środowisk wodnych, zajmuje się offshore wind, kolizjami ptakami, sztucznymi rafami, migracją gatunków, czy oczyszczaniem ścieków. Głównym zadaniem jest dostarczanie usług doradczych i eksperckich. Połowa pracowników DHI to dawni badacze i naukowcy.
DHI współpracuje z sektorem offshore wind od początku rozwoju projektu farmy do jej uruchomienia. Eksperci badają skutki uruchomienia morskich farm wiatrowych. Obecnie eksperci zastanawiają się skutkami pozostawienia fundamentów po demontażu turbiny wiatrowej – być może będą służyć jako schronienie dla gatunków morskich czy raf.
– Wykorzystujemy technologię radarową do trzech producentów. Wykorzystując radar nie musimy analizować wideo, by stwierdzić, w jakiej odległości jest ptak. Od razu wiemy w jakiej jest odległości. Wówczas kierowana jest kamera. System stwierdza jaki jest to gatunek – wyjaśnił.
W ramach MUSE po identyfikacji gatunku chronionego włączany jest proces spowolnienia turbiny wiatrowej.
W ocenie eksperta w przypadku kamer przyrodnicy są ograniczeni warunkami atmosferycznymi. W przypadku radaru możemy wykryć ptaka, nawet gdyby się go nie udało zakwalifikować przy złych warunkach atmosferycznych.
