Drevet af kunstig intelligens sporer teknologi fugleaktivitet på solanlæg

Nær-realtidsdata om fugle-solinteraktioner vil hjælpe energiindustrien med at forstå risici og muligheder for dyrelivet på solenergianlæg.

Hvordan ændrer en række solpaneler et levested? Spørgsmålet er komplekst - og stadig vigtigere, efterhånden som solenergianlæg spreder sig over hele USA. Industrien og forskerne har dog i øjeblikket ikke mange svar. Forskere ved Department of Energy's (DOE) Argonne National Laboratory udvikler teknologi, der kan hjælpe.

Ligesom i alle udendørs omgivelser, hvor dyrelivet er til stede, sker der masser af fugleaktivitet ved solcelleanlæg, som mennesker savner. Fugle fodrer, de parrer sig, de slår rede, og desværre dør de. Hvilken rolle panelerne og udstyret spiller i disse aktiviteter er ofte et mysterium. Menneskelig overvågning på solceller er begrænset, og den kan kun afsløre så meget.

"Fugle-solinteraktioner i realtid er et sort hul i form af data," sagde Misti Sporer, miljøudviklingsdirektør for forsyningsselskabet Duke Energy, som driver mere end 65 solcelleanlæg i USA. "Vi har ikke en fuldt billede af, hvordan fugle bruger disse steder, for i det øjeblik du sætter nogen på jorden, flyver fuglene af sted, eller de gør noget som reaktion på den menneskelige landmåler."

Et treårigt projekt har til formål at lade avancerede kameraer og kunstig intelligens gøre arbejdet med at overvåge fugleaktivitet på solanlæg. Siden foråret 2020 har Argonne-forskere indsamlet video på solenergianlæg, herunder et drevet af Duke, og trænet computeralgoritmer til at genkende fugle i scenerne. Systemet lærer også at klassificere specifikke typer aktiviteter, herunder kollisioner med paneler.

Føderale og statslige love beskytter mange fuglearter, og undersøgelse af miljøpåvirkning er en del af overholdelse af disse love. Solcelleudviklere og -operatører skal ofte udføre prækonstruktionshabitatvurderinger og overvågning af dødsfald efter konstruktion som en del af kravene til miljøvurdering for et projekt. Argonnes teknologi kunne hjælpe med den opgave.

"Ledere gør deres bedste for at minimere negative effekter af faciliteter ved at bruge den bedste tilgængelige videnskab," sagde Yuki Hamada, en fjernmålingsforsker ved Argonne og leder af projektet. "Den bedste tilgængelige videnskab kan desværre indeholde betydelig usikkerhed på grund af utilstrækkelige data med hensyn til kvalitet, kvantitet og kategori."

En solenergiarbejder kan for eksempel finde et kadaver på jorden nær nogle paneler, men hvordan fuglen døde er ofte uklart. En gennemgang af undersøgelser af dødsfaldsovervågning på solcelleanlæg viste, at dødsårsagen ikke kunne bestemmes i mere end halvdelen af ​​tilfældene. En anden undersøgelse offentliggjort i 2022 viste, at fugledødeligheden ved solprojekter ofte blev undervurderet på grund af "lav eller utilstrækkelig overvågningsvarighed."

Ved at indsamle en stor mængde nær-realtidsdata, der vil inkludere eventuelle kollisioner, kunne Argonnes overvågningssystem udfylde kritiske datahuller for at hjælpe med at forstå årsagen til og omfanget af fugledødsfald.

På den anden side kan solanlæg fremme gavnlig fugleadfærd, og at forstå mere om denne adfærd kan føre til anlægsdesign og -praksis, der er fuglevenlig. Faktorer kan omfatte anlæggets placering, typen og placeringen af ​​udstyr, og hvilken vegetation der vokser i nærheden. Teknologien kan også hjælpe med at belyse, hvilke typer fugle der er til stede i området før og efter et projekt er bygget.

"Vi ser faktisk fugle bruge habitatet til frøsøgning, til det, der ser ud til at være redeadfærd, og det, der ser ud til at være inter- og intraartsinteraktion," sagde Sporer om dataene, der kommer fra Argonnes system på et Duke Energy-sted i Arizona . "Så jeg er overrasket over mængden af ​​fuglebrug på stedet i form af, at fugle bare er fugle - ingen negative interaktioner."

Argonne-teknologien er i øjeblikket i de tidlige stadier, og der er gjort store fremskridt. "Et stort fokus har været på at indsamle masser af video, som vi kan kommentere og bruge til at træne vores modeller," sagde Adam Szymanski, en Argonne-softwareingeniør og teknisk leder på projektet. "Vi har også bygget og trænet mange af de maskinlæringsalgoritmer, der er nødvendige for at identificere fugle i landskabet og klassificere aktivitet. Vi har opnået ret høj nøjagtighed på begge disse fronter."

I den nuværende fase af projektet fortsætter Hamada, Szymanski og teamet med at forfine deres model og demonstrere et fungerende prototypesystem inden foråret 2023.

Amanda Klehr, en projektbiolog hos konsulentfirmaet DNV Energy U.S. Inc., bemærkede, at der er mange åbne spørgsmål relateret til fugleaktivitet og fugledød på solceller, især med hensyn til hvilke fænomener der kan være regionale, og hvilke der kan være udbredte. "Søeffekten", for eksempel, hvor trækfugle forveksler solpaneler med vandmasser og kolliderer med dem, er en teori, der undersøges, især med hensyn til det sydvestlige USA.

"Det vigtigste, som solcelleudviklere spørger om, er, hvad vi skal gøre for så vidt angår prækonstruktionsundersøgelser for at forstå, om der er potentielle risici for fugle, der kan påvirke os i vores region," sagde hun. Hun tilføjede, at Argonne-overvågningssystemet ville være nyttigt i hendes egen mastergradsforskning ved University of Massachusetts i Amherst, som er fokuseret på, hvordan fugle bruger solceller i det nordøstlige USA i ynglesæsonen.

The Avian Solar Work Group, a collaboration among environmental groups, academics, and the solar industry, is exploring a variety of research topics. The Argonne avian solar monitoring technology is gaining interest as a tool not only for research but also siting and operations. The ability to collect more data with less time roaming facilities for humans would benefit the industry on the permitting and compliance front.

"Postconstruction mortality monitoring tends to be time-intensive, labor intensive and expensive," said Sporer. While it's still early to say for sure, she said, with remote monitoring "we think we would have fewer man hours and actually be able to observe the interaction itself, rather than the suspected result."

Klehr noted that agencies such as the U.S. Fish and Wildlife Service and state environmental departments, which are charged with preserving resources around a solar site, also play a role in determining how research and monitoring happen.

"As a consultant working with operators, we generally try to coordinate with agencies," she said. "On the wind energy side, there is more of a focus on incorporating technology into monitoring. That's a potential for solar energy as well, and agencies are seeing that in a more positive light."

"Technology can be great but solving problems with technology requires that people actually use it," Hamada said. "We look forward to validating this system further in the field."

After the prototype is complete in 2023, the next step will be to deploy Argonne's system at more solar sites with industry partners. + Udforsk yderligere

Deep learning system will monitor birds at solar facilities