Aal-Monitoring: Schutz des Europäischen Aals durch KI-gestützte Überwachung in Wasserkraftwerken

Prof. Dr. Stoll & Prof. Dr. Didas entnehmen erste Proben.

Wasserkraft wird gerne als grüne Energie gesehen, allerdings sind die Auswirkungen dieser Art der Energiegewinnung auf umliegende Ökosysteme erheblich. Vor allem für Fische wie dem vom Aussterben bedrohten Europäischen Aal stellen die Turbinen häufig nur schwer zu überwindende Hindernisse dar, sodass von Fisch-Todesraten von bis zu 30% pro Kraftwerk ausgegangen wird [1]. Auch wenn mit Fischtreppen und -abstiegen oder speziell dafür angepassten Turbinengeometrien bereits gegen dieses Problem vorgegangen wird, sind die Resultate häufig nicht zufriedenstellend. Aale wandern zur Laichzeit im Herbst und Winter nachts zu großen Zahlen in Richtung Meer und müssen dabei mehrere Hürden wie Staustufen und Wasserkraftwerke überwinden.

Das Projekt "Aal-Monitoring" am Umwelt-Campus Birkenfeld unter Leitung von Prof. Dr. Stephan Didas und Prof. Dr. Stefan Stoll zielt darauf ab, mithilfe von modernen Sonargeräten und dem Einsatz von KI eine automatische Erkennung von abwandernden Aalen in Fließgewässern zu ermöglichen. Projektpartner und Geldgeber ist RWE Generation SE, die als Betreiber von mehreren Wasserkraftwerken deutschlandweit ermöglicht, die entwickelten Systeme an ausgewählten Standorten der Mosel zu erproben.

Das Projekt läuft seit Mai 2024 und befindet sich gerade in Projektphase 2 von 3. Die Ergebnisse der ersten Phase wurden am 01.10.2024 im Mosellum in Koblenz von Projektmanager Lukas Seemann dem Projektgremium vorgestellt (siehe Bild). Hierbei anwesend waren unter anderem Roland Mauden von der SGD Nord (Abteilung Wasserwirtschaft) und Claus-Till Schneider von der RWE Generation SE, der für Thematik „Ökologie Wasserkraft“ tätig ist und das Projekt begleitet. Während sich die erste Phase rund um die Planung, Beschaffung und Verprobung der Sonarsysteme inklusive der Auswahl einer geeigneten Wasserkraftanlage an der Mosel gedreht hat, beinhaltete die zweite Projektphase nun den Live-Betrieb des Sonarsystems.

In den letzten Monaten wurden im Einlaufbereich der Wasserkraftanlage in Zeltingen wertvolle Aufnahmen der Aalabwanderungs-Saison 2024 vorgenommen. Mittels Schallwellen können Sonarsysteme Objekte und Strukturen unter Wasser sichtbar machen. Die Videoaufnahmen werden anschließend durch Methoden der Bildverarbeitung vorprozessiert und können danach zum Training für eine KI genutzt werden. Durch diese kann eine Unterscheidung von Treibgut, Fischen oder in diesem Fall spezifisch Aalen erfolgen.

Die dritte und letzte Phase dient der Optimierung des Gesamtsystems und der Fertigstellung aller Software-Komponenten inklusive der einsatzfähigen KI.  Im ersten Schritt wird das hier entwickelte System dazu dienen, aktuell eingesetzte Prognosemodelle zu validieren, indem die Hauptaktivität der Aalwanderung durch die KI bestätigt wird. Perspektivisch ist eine KI-gestützte Steuerung der Wasserkraftanlagen denkbar, bei der beispielsweise die Turbinen bei hohem Fisch-Aufkommen abgeschaltet werden, um den Aalen eine sichere Abwanderung zu ermöglichen.

Die gesamte Projektdauer ist auf 1,5 Jahre befristet, in der die Machbarkeit und Wirtschaftlichkeit des Systems überprüft wird. Nach erfolgreicher Erprobung ist eine Anwendung auf andere Fischarten und ein flächendeckender Einsatz des Systems nicht ausgeschlossen.

[1] https://www.nabu.de/umwelt-und-ressourcen/energie/erneuerbare-energien-energiewende/wasserkraft/30246.html