bird fatalities in the altamont pass wind resource area u.s. fish and wildlife service sacramento,...
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Bird Fatalities in the Altamont Pass Wind Resource Area
U.S. Fish and Wildlife ServiceSacramento, CA28 January 2004
Acknowledgements
● This research was funded by the California Energy Commission (Linda Spiegel, Project Manager) and by NREL, the National Renewable Energy Laboratory, (Karin Sinclair, Project Manager).
● Access to turbines and logistical support was generously provided by FORAS, EnXco, Altamont Wind Power, Green Ridge Services/AIC, and SeaWest.
Background to the Problem
● Small-scale wind program in the APWRA in early to mid 1970s.
● In 1980, a CEC biologist identified bird kill problem in APWRA.
● Paper presented by CEC at 1988 AWEA annual meeting drew attention.
● By 1990, several studies initiated; 3,000+ turbines installed by then.
● Early 1990s, Kenetech convenes Avian Research Task Force Several large-scale research projects initiated. 1993 bankruptcy forces cessation of studies. No solutions to problem identified.
● 1989 to mid-1990s, Orloff and Flannery conducted first in-depth studies of bird fatalities in the APWRA. Funded by the CEC.
● From 1994-97, NREL funded large-scale golden eagle study by Dr. Grainger Hunt et al. CEC funded continuation until 2002.
● In 1998, NREL funded BRC/Thelander for fatalities and behavior research. In 2001, the CEC funded the current, expanded effort.
Our Objectives
● Study relationships between bird behaviors (e.g., flight, perching, foraging) and fatalities.
● Quantify bird fatalities to better understand the scope of the problem, and to develop a large sample size representative of most of the APWRA.
● Develop quantitative model for use as a tool by the wind industry to help reduce bird fatalities. Model to be based on relationships identified between bird kills and landscape features and topography, land use practices, raptor prey species numbers and distribution, turbine types and infrastructure configurations, or any other factors that appear associated with bird fatalities.
181141161158167197183127166180185111N =
5
4
3
2
1DecNovOctSepAugJulJunMayAprMarFebJan
Wind Speed
Beaufort Scale,mean & 95% CI
per session
171136144138128153151104147163174105N =
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
DecNovOctSepAugJulJunMayAprMarFebJan
Proportion ofturbines
operatingduring
behaviorobservation
sessions
4711217830536235532134N =
76543210
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
Wind Speed (Beaufort Scale)
Proportionof turbines
operating duringbehavior
observation session
6919733467478283983934N =
100
80
60
40
20
0
76543210
Distanceof raptorsto nearest
turbine
Mean & 95% CIper session
Wind speed on Beaufort scale
Meters
It appears that raptors can perceive the difference between operating and non-operating turbines.
● 1,958 behavioral observation sessions (two-person team)
● 48,396 bird sightings
● Birds observed in 91% of sessions
● 31,317 minutes of bird activity
● 13,725 minutes spent flying (44%)
● 17,592 minutes spent perching (56%)
● 25,960 minutes of raptor activity
● 11,988 minutes raptors spent flying (46%)
● 13,972 minutes raptors spent perching (54%)
Summary Behavior Statistics (1998-2000 data only)
100806040200
120
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Number of fatalitiesfound in behavior
plots only
Percentage of flights within 50 m of turbines within the height domain of the rotor swept area
Burrowing owl
Western meadowlark
Rock dove
Red-tailed hawk
There is no significant relationship between fatalities and observations of flights <50m from turbines.
Burrowing owls tended to perch away from turbines.
Species Number of minutes observed perching on wind turbine/tower that is:
Operating Not operating Broken Total
Turkey vulture 0 0 0 0
Golden eagle 0 26 0 26
Red-tailed hawk 105 4065 62 4232
Northern harrier 0 1 0 1
Prairie falcon 0 14 0 14
American kestrel 55 940 7 1002
Burrowing owl 0 56 0 56
Common raven 63 990 9 1062
European starling 240 1196 441 1877
House finch 0 7295 0 7295
Loggerhead shrike 4 181 0 185
Rock dove 26 57 26 109
Western meadowlark 7 224 0 231
Horned lark 0 0 0 0
Total 500 19571 623 20694
Perching on Wind Turbines
Proximity Zone based on distance to nearest turbine (m)
Observed ÷ Expected Minutes of Flight
Golden eagle
Red-tailed hawk
Northern harrier
Prairie falcon
American kestrel
Burrowing owl
0-50
51-100
101-300
0-50
51-100101-300
0-50
51-100101-300
0-50
51-100101-300
0-50
51-100
101-300
0-50
51-100
101-300
131211109876543210
Some species spend far more time than expected by chance close to turbines.
Search Methods
50 meters
50 meters
One observer per side of turbine string
One observer per side of turbine string
Level terrain
Steep terrain
wind turbine
● 1,526 turbines in 182 strings sampled March 1998-Sept 2002 (= Set 1)● 2,538 turbines in 308 strings sampled November 2002 – May 2003 (= Set 2)● Averaged 7+ fatality searches per year per turbine/string● Searched only 50 meters on each side of turbines (i.e., applied detection factor)
● 1,161 fatalities found, with 198 of these estimated at >90 days old and excluded from rate calculations (see Table 1 handout).
● 46+ bird species and 1 bat species represented.
APWRA-wide annual fatality estimates1 for selected species (see Table 2 handout):● Golden Eagles = 76 – 116 deaths per year● Red-tailed Hawks = 209 – 300 deaths per year● Burrowing Owls = 99 – 380 deaths per year● All birds = 1766 – 4721 deaths per year● Raptors = 881 – 1300 deaths per year
1 Low values adjusted for search detection. High values adjusted for search detection and scavenging.
Some Bird Fatality Facts
What do the number of bird fatalities and their distribution tell us about the underlying causes, and any possible solutions?
Cattle spend a disproportionate amount of their time under wind turbines.
BRC biologists found the stomachs of freshly killed red-tailed hawks filled with grasshoppers.
Grasshoppers are a major food source for American kestrels and burrowing owls during much of the year (late summer and fall, mainly). They eat cow dung.
Construction and maintenance practices at turbines has resulted in disproportionate numbers of burrowing mammals being present near turbines than away from turbines.
Wind farms create a lot of lateral and vertical edge, preferred habitat for gophers and other burrowing mammals.
Turbine pads provide suitable burrowing sites for cottontails, a preferred prey species for golden eagles and other large raptors.
Rock Piles Near Turbine Strings and Fatalities
3.53.02.52.01.51.00.50
None
≤0.25/turbine
>0.25/turbine
None
≤0.25/turbine
>0.25/turbine
None
≤0.25/turbine
>0.25/turbine
Burrowingowl
Barnowl
Greathorned
owl
P < 0.005
P < 0.005
ns
39
6
14
13
9
4
5
2
None
≤0.25 rock piles/turbine
>0.25rock piles/turbine
None
≤0.25/turbine
>0.25/turbine
None
≤0.25/turbine
>0.25/turbine
Goldeneagle
Red-tailedhawk
Americankestrel
P < 0.005
P < 0.05
0.10 > P > 0.05
12
6
1
13
4
77
23
17
3.53.02.52.01.51.00.50
Observed ÷ Expected Number of Fatalities
Turbine Positionin String and
Behaviors
EndInterior
GapNon-op
EndInterior
GapNon-op
EndInterior
GapNon-op
EndInterior
GapNon-op
EndInterior
GapNon-op
EndInterior
GapNon-op
2.52.01.51.00.50
Observed ÷ Expected Minutes of Flightthat came to within 50 m of turbine
Golden eagle
Red-tailed hawk
Northern harrier
Prairie falcon
American kestrel
Burrowing owl
Orange refers to inadequate sample size.
Most raptors spent disproportionate amount of flight time near ends of turbines and near gaps, except for burrowing owls.
Turbine Position in String and Fatalities
2.01.51.00.50
End
Interior
Gap
End
Interior
Gap
End
Interior
Gap
Burrowingowl
Barnowl
Greathorned
owl
29
25
7
10
18
4
3
8
1
P < 0.005
ns
ns
End
Interior
Gap
End
Interior
Gap
End
Interior
Gap
Goldeneagle
Red-tailedhawk
Americankestrel
8
18
4
8
8
3
38
76
17
0.10 > P > 0.05
ns
ns
2.01.51.00.50
Observed ÷ Expected Number of Fatalities
Windwall Presence/Absence and Behaviors
Observed ÷ Expected Minutes of Flightthat came to within 50 m of turbine
Golden eagle
Red-tailed hawk
Northern harrier
Prairie falcon
American kestrel
Burrowing owl
Yes
No
Yes
No
Yes
No
Yes
No
Yes
No
Yes
No
2.01.51.00.50
0.10 > P > 0.05
Observed ÷ Expected Minutes of Perchingon turbine
Yes
No
Yes
No
Yes
No
Yes
No
Yes
No
2.01.51.00.50
Golden eagle
Red-tailed hawk
Prairie falcon
American kestrel
Burrowing owl
ns
ns
ns
Tower Type and Fatalities
2.52.01.51.00.50
Verticalaxis
Tubular
Lattice
Verticalaxis
Tubular
Lattice
Verticalaxis
Tubular
Lattice
Burrowingowl
Barnowl
Greathorned
owl
10
36
16
3
17
13
3
9
P < 0.005
ns
ns
Verticalaxis
Tubular
Lattice
Verticalaxis
Tubular
Lattice
Verticalaxis
Tubular
Lattice
Goldeneagle
Red-tailedhawk
Americankestrel
1
11
18
15
4
3
68
60
P < 0.005
P < 0.05
ns
2.52.01.51.00.50
Observed ÷ Expected Number of Fatalities
3.53.02.52.01.51.00.50
Out ofcanyon
In canyon
Out ofcanyon
In canyon
Out ofcanyon
In canyon
Burrowingowl
Barnowl
Greathorned
owl
P < 0.005
ns
ns
47
15
18
15
11
1
Out ofcanyon
In canyon
Out ofcanyon
In canyon
Out ofcanyon
In canyon
Goldeneagle
Red-tailedhawk
Americankestrel
P < 0.005
P < 0.005
ns26
4
8
11
94
37
3.53.02.52.01.51.00.50
Observed ÷ Expected Number of Fatalities
Canyon Effect and Fatalities
Rodent Control and Fatalities
2.52.01.51.00.50
Burrowingowl
Barnowl
Greathorned
owl
None
Moderate
Intense
None
Moderate
Intense
None
Moderate
Intense
10
36
16
18
15
5
1
6
P < 0.005
0.10 > P > 0.05
ns
Goldeneagle
Red-tailedhawk
Americankestrel
None
Moderate
Intense
None
Moderate
Intense
None
Moderate
Intense
4
9
17
3
14
2
17
58
56
P < 0.005
0.10 > P > 0.05
ns
2.52.01.51.00.50
Observed ÷ Expected Number of FatalitiesNote: used since 1997, except at SeaWest
Rodent Control Program Observations
● In the absence of a rigorous BACI study design, conclusions as to the effectiveness of rodent control efforts cannot be made. But….
1 Since rodent control began, we would expect to see disproportionately greater raptor mortality in areas where no rodent control was applied. This was not the case, except for great horned owls.
2 Disproportionately more golden eagles, red-tailed hawks, and burrowing owls were killed at turbines located where rodent control was applied.
3 The rodent control program effectively reduced ground squirrel densities, but pocket gophers increased. Also, the degree of clustering of pocket gophers at turbines increased substantially with rodent control. We believe that foraging raptors will detect areas of increased burrowing activity, and thus be attracted to high risk areas.
● Based on these and other observations, we suspect that the rodent control program has been counter-productive.
200220001998199619941992199019881986
0.3
0.2
0.1
0.0
Birdand
Raptorrisk index
(Mortality ÷ #individuals
reported/hour)
Year of Estimate (median year used for multi-annual studies)
Raptors
All birds
Bird use has been lower in recent year than was reported in previous studies. Therefore, risk per raptor using the APWRA appears to be greater.
● Danger increased with taller towers, larger rotor diameters, and slow to intermediate tip speeds. Turbines with lower blade reaches were most deadly to golden eagles.
● Perch availability on towers appears less important than previously believed.
● Turbines on steeper slopes and in canyons were generally more dangerous to raptors, but ridge crests and peaks within canyons were also dangerous.
Some Key Observations
● The presence of rock piles near turbine laydown areas is associated with greater raptor mortality.
● Fatality associations are usually species-specific, so solutions for one species might not serve as solutions for others.
Con’t.
● Windwalls appeared to be relatively safer for raptors; Raptors were killed disproportionately by turbines that were less crowded by other turbines.
● Although rodent control reduced rodent numbers overall, it also increased the degree of clustering around turbines of remaining pocket gophers and desert cottontails
● Rodent control failed to reduce raptor mortality. The spatial distribution of fossorial animal burrows appeared more important than their abundance in associating with raptor mortality at wind turbines.
● Raptor mortality differs by season. Summer and winter seasons have highest mortality.
● Discontinue the rodent control program.
● Promote small mammals away from wind turbines, and discourage them near wind turbines by reducing lateral and vertical edges.
● Allow vegetation to grow tall near wind turbines so that small mammalsare less visible to raptors near turbines; Subsequently, burrowing owlsmight reside farther from turbines.
● Prevent cattle from congregating at wind turbines.
● Move rock piles away wind turbines, or get rid of them.
● Relocate existing wind turbines away from canyons, or decommission them.
● Isolated wind turbines should be relocated and clustered up with groups of other wind turbines.
Suggested Mitigation Measures or Operating Practices
● Use more windwall configurations and clustering of turbines.
● Remove derelict and non-operating turbines, or lay down derelict towers.
● Test the Hodos painting scheme in the field. Apply selectively if useful tool.
● Modify wind turbines at the ‘edge’ of the wind farm and at the ends of turbine rows to divert bird flights. Useful application for Hodos painting scheme, if proven effective.
● Erect benign physical structures to divert birds away from the ends of turbine rows, and/or experiment with strategically placed raptor perches.
● Retrofit all power poles to be raptor-safe (APLIC compliance standards).
● Replace the currently used WRRS monitoring program for bird fatalities with one that is more scientifically rigorous and is performed independently.
● Compensate with off-site mitigation those impacts that cannot be avoided or reduced.
Con’t.
1- BRC to submit report of findings to CEC in Feb 2004. BRC’s NREL comprehensive report currently under review.
2- Prioritize and select ‘best’ fatality reduction techniques for field-testing and monitoring. BRC/CEC prepare initial draft Work Plan for agency and operator’s review(?)
3- Design controlled experiments to test effectiveness of various measures at reducing fatalities using BACI approach.
4- Decide which species to focus mitigation and/or experiments on.
5- Report on effectiveness experiments and consider widespread application on case-by-case basis.
6- Design and conduct controlled experiment(s) to determine the effects of the repowering program on bird mortality.
7- Need to use number of kills per MW per turbine per unit of time in future mortality calculations, experiments, etc., and not simply number of fatalities/turbine/year. Requires output data from turbine operators. BRC describes benefits of this metric at length in upcoming report and paper.
Where Do We Go From Here?
What Are Some Examples of Needed Experiments or Monitoring?
1- Design monitoring program to compare any changes in bird mortality, especially for raptors, associated with the repowering program at sites with historical fatality data.
2- Design treatment/control experiment to evaluate effectiveness of placing benign structures (several types, settings?) at the ends of turbine strings where kill rates have historically been high.
3- Design treatment/control experiment to evaluate effectiveness of modifying grassland management practices to reduce prey populations, or their visibility/vulnerability to raptor predation.
4- Design experiment to test the effect on raptor mortality of various (non-lethal) manipulations of prey population distributions and abundances at varying distances from turbines strings with historically high raptor mortality, e.g., increase prey populations away from turbines.
More examples…
5- Field test the effectiveness of the Hodos et al painting scheme as a tool to reduce fatalities in a location and setting that takes advantage of historical fatality data.
6- Remove rock piles and monitor for changes in bird mortality.
7- Design some control and treatment experiments excluding cattle from congregating at turbine strings and document the effects on prey availability, bird use, and fatalities.
8- Conduct a two-year study of burrowing owl population dynamics in the APWRA, and the effects of wind turbine fatalities.
9- Experiment with various environmentally-safe means of selectively and permanently removing raptor prey species from around turbine strings.
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2003allturbines_brc_and_granger.shp# 2# 1# 0
Turbine.shp# 2# 0
3 0 3 6 Miles
N
# ≥1 death/MW/year
# 0.01-0.99 deaths/MW/year
# 0 deaths recorded
Burrowing Owl Mortality
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# 0 deaths recorded
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2003allturbines_brc_and_granger.shp# 2# 1# 0
Turbine.shp# 2# 1# 0
3 0 3 6 Miles
N
# ≥1 death/MW/year
# 0.01-0.99 deaths/MW/year
# 0 deaths recorded
Golden Eagle Mortality