Speichersysteme: Das Risiko von Bränden ernst nehmen
Großalarm in Köln: Mittlerweile sieben Jahre ist es her, dass im Keller des Westdeutschen Rundfunks das Batteriesystem der unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV) in Brand geriet. Zeitweise war die Feuerwehr mit 65 Löschkräften vor Ort. Die Studios wurden geräumt, weil sich der Schwelbrand im Keller auszuweiten drohte.
Fünf Stunden Löscheinsatz
Erst nach fünf Stunden kam das erlösende Signal „Feuer aus!“, die Nachkontrolle des Brandherds zog sich über Tage hin. Zwar sind einige Jahre seitdem vergangen. Aber an diesem Beispiel lässt sich lehrbuchhaft erkennen, worauf es bei fachgerechter Installation von Batteriespeichern ankommt. „Die USV-Anlage versorgte das Rechenzentrum des WDR. Die Batterieleistung von 300 Kilowatt konnte den Sendebetrieb rund zehn Minuten lang aufrechterhalten, falls das Stromnetz ausfällt“, erläutert Dirk Peters.
Der Elektroingenieur ist beim WDR in Köln für den Gebäudebetrieb verantwortlich und als Experte für rechtssicheren Elektrobetrieb von Rechenzentren bekannt. Ende Oktober vergangenen Jahres referierte er zur Sicherheit von Stromspeichern auf der PV-Sicherheitstagung, die von Conexio-PSE veranstaltet wurde.
Der WDR hatte Bleibatterien installiert, von einer namhaften deutschen Firma. Aussage ihrer Fachleute: Diese Batterie kann nicht brennen. Beim Test der Anlage mit Lasten von 240 Kilowatt geschah das Unerwartete. „Die Batterieanlage befand sich in einem separaten Raum im Untergeschoss“, erklärte Peters. „Weil das Löschen mit Kohlendioxid nicht funktionierte, musste die Feuerwehr ein Loch in die Kellerwand stemmen, um den Raum mit Löschschaum zu fluten.“
So dauerte es 18 Stunden, bis der Raum geöffnet werden konnte. Weitere fünf Stunden dauerte es, den Brand zu löschen. Die Folge waren erhebliche Schäden auch in anderen Räumen durch Löschwasser und kniehohen Löschschaum bis ins Treppenhaus.
Die Ursache des Schwelbrandes war schnell gefunden: Das Anzugsdrehmoment einiger Schrauben war zu locker, sie waren vom installierenden Fachbetrieb lediglich per Hand festgezogen. Beim Lasttest überhitzten die Kontakte und führten zum Schwelbrand. Der Schaden betrug eine Dreiviertelmillion Euro, die der Versicherer übernahm. Aber hier geht es nicht um die Sensation. Hier geht es um die Lehren aus dem Vorfall. „Die Brandschutzanlage im Batterieraum hat den Brand immerhin begrenzt“, analysierte Peters. „Aber wir mussten den neuen Batterieraum anders ausstatten.“
So wurde die Packungsdichte der neuen Batterien reduziert, was einen größeren Raum für die Aufstellung erforderlich macht. „Außerdem haben wir die Feuerwehr vorher ins Boot geholt“, legt der Experte dar. „Das gilt auch, wenn wir Parkplätze in unserer Tiefgarage für E-Autos ausbauen.“
Mit Thermografie unter Last kontrollieren
Der neue Batterieraum wurde von vornherein mit einem Loch in der Wand ausgestattet, um die Flutung mit Löschschaum zu erleichtern. Geeignete DC-Trennschalter erlauben die Abschaltung der Batterieanlage von der Leitwarte aus. „Ganz wichtig ist die thermografische Überwachung der Anlage nach der Installation“, sagte Peters. „Der Test deckt überhitzte Kabel und Kontakte auf.“
Zwischen 30 und 35 Grad Celsius im Thermobild seien tolerierbar. „Aber 100 Grad Celsius und mehr liegen außerhalb jeder Norm. 76 Grad Celsius am Verbinder waren grenzwertig.“ Deshalb wurden beim neuen System dickere Querschnitte gewählt. Peters riet: „Auch wenn es bislang keine Pflicht dafür gibt, empfehle ich die Früherkennung von Störungen durch Thermografie.“
Plötzlich stand die Kripo auf der Matte
Der Brand war gelöscht, die Feuerwehr hatte die Lage im Griff. Nicht schlecht staunte Peters, als am nächsten Morgen die Kripo bei ihm auf der Matte stand. „Die Polizei wollte die Verantwortlichen sprechen“, erzählt er. „Im Nachgang zu einem solchen Ereignis interessieren sich die Kripo, die Versicherer und die Berufsgenossenschaft vor allem für eins: Wer hat seine Verantwortung als Betreiber nicht ausreichend wahrgenommen?“
Stichwort Betreiberverantwortung. Sie ist gemäß DIN VDE 0105-100, Abschnitt 3.2.1. „Bestellung zur Betreiberverantwortung“ definiert. Zum Glück für Dirk Peters und sein Team der Gebäudeverwaltung hatte der WDR die Verantwortung für den ordnungsgemäßen Betrieb der USV-Anlage an die installierende Firma abgegeben. „Wir haben sowohl das Projekt als auch die technische Schnittstelle genau definiert“, resümiert er rückblickend. „Damit waren Anfang und Ende des Verantwortungsbereiches genau abgesteckt.“
Bei der Festlegung der Betreiberverantwortung ist genau zu klären, ab welchem Punkt die Fremdfirma in die Verantwortung eintritt und welche Kontrollpflichten sie hat. Die Aufteilung der Verantwortlichkeiten müssen Errichter und Betreiber mit der Inbetriebnahme klären.
Zum Glück entstand beim Brand im Keller des WDR in Köln lediglich ein Sachschaden, wenn auch nicht unerheblich. Personen wurden zum Glück nicht verletzt. In den zurückliegenden Jahren hat die Solarbranche lernen müssen, dass Speichersysteme durchaus in Brand geraten können, übrigens auch Lithium-Eisenphosphat. „Da kann man sich nur wundern, wie sorglos manche Installateure mit diesem Thema umgehen“, schätzt Dennis Jeremy Menzel ein.
Erschreckende Sorglosigkeit vieler Installateure
Er arbeitet für die Firma Reactive Experts, die unter anderem Gutachten erstellt und im Installationsgeschäft tätig ist. Auf der Berliner Tagung nannte er Beispiele für fahrlässige Installationen, die das Brandrisiko erheblich erhöhen.
Menzel zählte auf: „Das beginnt beim Wechselrichter. Da wurden die DC-Anschlüsse nicht professionell gecrimpt, was zur örtlichen Überhitzung am Anschluss führte. Oder die Wechselrichter wurden an Orten installiert, wo Stäube die Lüfter verdrecken und die Kühlung erschweren.“
Der Experte hat Verteilerschränke ohne Sicherungen vom Trafo und vom Wechselrichter gesehen, oder die Steckverbinder lagen in Pfützen auf dem Flachdach. Dort korrodieren sie und bilden Hotspots aus, bis sie verschmoren. „Bei Speichersystemen ist die Sorglosigkeit kaum geringer“, monierte er. „Manchmal stehen sie im Hausflur oder in Bereichen, die bei Überflutung gefährdet sind. Oder die Systeme wurden nicht korrekt an der Wand festgeschraubt, sodass sie umkippen können.“
Batterien im Öllager aufgestellt
Ein Gewerbespeicher wurde beispielsweise im Öllager (!) eines Autohauses aufgestellt, wo sich ein Brand in Sekundenschnelle zur Katastrophe ausweiten könnte. Solche Fahrlässigkeit ist auch bei Heimspeichern durchaus verbreitet, wie Menzel bestätigt: „Es gibt zertifizierte Installateure, die bauen den Speicher im Schuhschrank unter der Treppe ein.“
Spätestens seit den Bränden von Heimspeichern, die im vergangenen Jahr durch die Presse gingen, sollte jedem Planer und Installateur klar sein: Stromspeicher gehören nicht in den Wohnbereich. Sie gehören erst recht nicht als mobile Speicherbox auf den Balkon. Der Aufstellort und die fachgerechte Installation müssen unbedingt berücksichtigen, dass Speicher – egal ob Blei oder Lithium – ein Gefahrgut darstellen, das in Brand geraten kann. Dabei muss es nicht unbedingt der Speicher sein, der brennt. Ein Brand aus der Umgebung kann übergreifen und die Lithiumzellen erhitzen, bis sie explodieren.
Bei Gewerbespeichern sind die Anforderungen besonders hoch. Denn ein Brand kann sehr schnell enorme Folgeschäden verursachen – siehe das eingangs erwähnte Beispiel beim WDR.
In Berlin referierte auch Daniel Birkeneder von Fenecon. Er stellte vor, wie ein Hersteller von kommerziellen Speichersystemen mit diesem Thema umgeht. Birkeneder ist seit sieben Jahren bei Fenecon tätig und verantwortet dort die Projektplanung für Gewerbe und Industrie. Eine Zeit lang war er auch der Brandschutzbeauftragte des Deggendorfer Unternehmens. „Als Hersteller von Speichersystemen haben wir naturgemäß sehr viel mit Lithiumzellen und Batteriepacks zu tun“, sagte er. „Dabei geht es um das sichere Handling, die sichere Lagerung und den Transport.“
Hohe Anforderungen an gewerbliche Speicher
Vor allem geht es um sichere Speichersysteme. „Bei der Entwicklung unserer Speichersysteme sprechen wir sehr viel mit Feuerwehren und Versicherungen“, berichtet er. „Wenn Sie drei Feuerwehren fragen, wie man Lithiumspeicher löschen kann, bekommen Sie vier verschiedene Antworten, mindestens.“
Um das Thema analytisch einzugrenzen, bestimmt Birkeneder drei Brandursachen: Die Batterie kann mechanisch beschädigt werden, wenn beispielsweise ein Gabelstapler in den Batterieschrank knallt. Elektrische Belastungen wie Abnutzung der Kontakte, interne Kurzschlüsse oder Überladung können gleichfalls zu Bränden führen. Oder ein äußerer Brand greift auf die Batterie über, dann spricht man von thermischer Überlastung.
EltBauV gilt auch für Batterieräume
„Brandfördernd sind hohe Ladezustände und instabile Kathoden“, nannte Birkeneder weitere Punkte. „Alte Batterien weisen Dendriten auf, das kann zu inneren Kurzschlüssen führen. Nicht zu vergessen die Temperaturen am Aufstellort, die mitunter extrem sein können.“ Er verwies auf die Verordnung über den Bau von Betriebsräumen für elektrische Anlagen (EltBauV). Darin sind Anforderungen für Batterieräume festgelegt. Auch er empfiehlt, die Feuerwehren möglichst früh einzubinden.
Daneben gibt es Sicherheitshinweise der Branchenverbände, die Vorgaben in den Bauvorschriften in den Bundesländern und Anforderungen vonseiten der Versicherer. „Ein Stück weit ist es russisches Roulette, weil kaum jemand den Überblick hat“, sagte er. „So werden von den Feuerwehren verschiedene Löschmittel diskutiert, etwa Wasser, Löschschaum oder spezielle Reduktoren für Sauerstoff. Je nach Ladezustand und Zellchemie läuft ein Speicherbrand verschieden ab.“
Umfassendes Sicherheitskonzept entwickelt
Aus vielen Gesprächen, Projekten und langjähriger Erfahrung hat Fenecon ein Sicherheitskonzept entwickelt, um das Brandrisiko für Gewerbespeicher zu senken:
- Brandfrühwarnung durch Gasmelder: Bevor die Speicherzelle brennt, gast das verdampfende Elektrolyt als feiner, weißer Nebel aus.
- Der Speicher wird beim Kunden in die örtliche Brandmeldezentrale (BMZ) eingebunden.
- Die Speicher werden mit Auffangwannen ausgeliefert.
- Batterieräume sollten nicht begehbar sein. Dadurch wird das Risiko eliminiert, dass Personen eingeschlossen werden. Fluchttüren und Notausgänge sind nicht notwendig.
- Integrierte Kühlsysteme senken die thermische Belastung und erhöhen zudem die Lebensdauer, wenn Batterien bei 25 Grad Celsius laufen.
- Die Außenaufstellung in Speichercontainern wird bevorzugt, um Folgeschäden im Brandfall zu minimieren. Die Feuerwehr kann leichter und schneller zum Speichersystem vordringen. Der Container wird mit ausreichend Abstand zum nächsten Objekt aufgestellt. Dadurch entfallen zudem die hohen Kosten für Batterieräume bei Innenaufstellung in Gebäuden.
- Die Speichersysteme verfügen über eine integrierte Druckentlastung. Denn beim thermischen Durchgehen der Zellen entstehen hohe Drücke und Kräfte. Explosionen und Druckspitzen können in geschlossenen Räumen erheblichen Schaden anrichten. So mutiert der Speicher zur Bombe. Überdruckventile im Batteriesystem vermindern diese Gefahr.
- Die Speichercontainer sollten für spezielle Löschtechnik nachrüstbar sein.
- Energie- und Batteriemanagement überwachen Temperatur und Spannung jeder einzelnen Zelle. Bei Abweichungen erfolgt die automatische DC-Trennung durch Sicherungen. Die Batterien laufen ständig in Monitoring und Ferndiagnose.
- Second-Life-Batterien ohne Herkunftsnachweis stellen ein erhebliches Sicherheitsrisiko dar.
- KI-basierte Testverfahren für Lebensalter und Risiko durch gebrauchte Zellen können den Status der Zellen besser beurteilen, als es mit dem gängigen State of Health (SoH) derzeit möglich ist.
- Bei der Planung und Installation von C&I-Speichern empfiehlt sich „die frühzeitige Abstimmung mit den großen Drei: Bauamt, Versicherung und Feuerwehr“, bis hin zur Ausarbeitung von Abläufen für den Ernstfall mit der Feuerwehr.
- Fenecon bietet deshalb vorkonfektionierte Speichercontainer für die Außenaufstellung an. Die Wechselrichter sind im Container räumlich von der Batterie getrennt. Die Systeme verfügen über Sicherungen und Wärmetauscher für die Kühlanlage (Rückkühler oben auf Container), über die integrierte Auffangwanne, Einspeiseventile für die Flutung durch die Feuerwehr (genormter B-Schlauch anschließbar) sowie den Anschluss ans betriebliche Brandmeldesystem.
