Stationäre Batteriespeicher bündeln große Energiemengen auf vergleichsweise kleiner Fläche. Bei Anlagen mit Lithium-Ionen-Technologie ergeben sich daraus Anforderungen, die bereits bei der Planung des Standorts und der Anordnung einzelner Speichereinheiten berücksichtigt werden müssen. Neben möglichen Bränden sind dabei unter anderem Wärmeentwicklung, Rauchgase, die Ausbreitung auf benachbarte Einheiten und eine mögliche Wiederentzündung zu betrachten.
Welche Maßnahmen erforderlich sind, hängt von der jeweiligen Anlage ab. Speichertechnologie, Kapazität, Bauweise und Umgebung unterscheiden sich von Projekt zu Projekt. Eine fachliche Bewertung muss diese Merkmale zusammenführen und daraus nachvollziehbare Anforderungen für Planung, Genehmigung und Betrieb ableiten.
Kurzfassung
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Technische Eigenschaften bestimmen die Risikobewertung
Lithium-Ionen-Zellen speichern elektrische Energie durch elektrochemische Prozesse. Kurzschlüsse, Beschädigungen oder thermische Belastungen können einen Thermal Runaway auslösen. Dabei beschleunigt sich die Wärmeentwicklung selbstständig und lässt sich nur schwer unterbrechen.
Die betroffene Zelle setzt dabei Wärmemengen sowie brennbare und toxische Gase frei. Unter bestimmten Bedingungen kann sich die Reaktion auf benachbarte Zellen oder Module ausbreiten und einen Brand verursachen.
Wie heftig ein Thermal Runaway verläuft, hängt wesentlich von der Zellchemie ab. Lithium-Eisenphosphat-Zellen (LFP) sind thermisch stabiler und geben aus dem Kathodenmaterial kaum Sauerstoff ab. Zellen mit Nickel-Mangan-Kobalt-Kathoden (NMC) reagieren bei gleicher Belastung in der Regel früher und heftiger.
Beim Brandschutz für Batteriespeicher reicht es daher nicht aus, ausschließlich einen gewöhnlichen Gebäudebrand zu betrachten. In die Bewertung gehören unter anderem Zellchemie, Aufbau der Module, Kühlsystem, Gehäuse beziehungsweise Container und die räumliche Anordnung der Speichereinheiten.
Freigesetzte Gase können zu einer Explosion führen
Die beim Thermal Runaway austretenden Gase sind eine eigenständige Gefährdung. In geschlossenen Containern oder Batterieräumen können sich die Gase ansammeln und ein explosionsfähiges Gemisch bilden. Zündet dieses verzögert, kann eine Deflagration das Gehäuse beschädigen und Einsatzkräfte gefährden, etwa beim Öffnen von Türen.
Zum Explosionsschutz können Gasdetektion, Lüftung und Druckentlastungsflächen beitragen. Die Auswahl hängt vom Containeraufbau, der möglichen Gasmenge und den Herstellerangaben ab.
Standort und Anordnung beeinflussen mögliche Brandverläufe
Bei einem Speicherpark im Freien bestehen andere Rahmenbedingungen als bei einer Anlage innerhalb oder unmittelbar neben einem Gebäude. Abstände zu Nachbargrundstücken, vorhandene Bebauung, Zufahrtswege und die Position einzelner Container verändern die Bedingungen für eine mögliche Brandausbreitung.
Zwischen mehreren Speichereinheiten ist beispielsweise zu prüfen, ob Wärmestrahlung oder Flammen eine benachbarte Einheit erreichen können. Aus dieser Betrachtung können Abstände oder bauliche Trennungen abgeleitet werden. Auch der bauliche Brandschutz umfasst Maßnahmen, die bei der brandschutztechnischen Planung von Anlagen berücksichtigt werden können.
Zudem muss die Anlage für Einsatzkräfte erreichbar bleiben. Zufahrten, Bewegungsflächen und Aufstellmöglichkeiten dürfen daher nicht erst nach Abschluss der technischen Anlagenplanung betrachtet werden. Ihre Position kann die Anordnung der Container sowie die Nutzung der verfügbaren Grundstücksfläche beeinflussen.
Drei Bereiche des Brandschutzes erfüllen unterschiedliche Aufgaben
Bauliche Maßnahmen betreffen den Aufbau und die räumliche Gestaltung des Batteriespeichers. Dazu zählen beispielsweise Abstände zwischen Speichereinheiten, feuerwiderstandsfähige Trennungen oder die Anordnung von Zugängen und Rettungswegen. Welche dieser Maßnahmen benötigt werden, ergibt sich aus der jeweiligen Planungssituation.
Zum anlagentechnischen Brandschutz gehören technische Einrichtungen zur Erkennung, Überwachung oder Begrenzung kritischer Zustände. Brandmeldeanlagen, Sensorik, Abschalteinrichtungen oder vorgesehene Löschsysteme können abhängig vom Anlagenkonzept Bestandteil dieses Bereichs sein. Ihre Auslegung richtet sich nach Technik und Aufbau des Speichers.
Der organisatorische Brandschutz betrifft dagegen Abläufe und Verantwortlichkeiten. Hierzu gehören beispielsweise Regelungen für Wartungen und Kontrollen, Alarmierungswege, Zugangsregelungen sowie Vorgaben für das Verhalten bei einer Störung. Die drei Bereiche erfüllen unterschiedliche Aufgaben und werden im Brandschutzkonzept aufeinander abgestimmt.
Rauchgase und Wiederentzündung gehören zur Einsatzplanung
Bei einem Brand von Lithium-Ionen-Batterien entstehen Rauchgase, deren Zusammensetzung von Zellchemie, Brandverlauf und weiteren Materialien innerhalb der Anlage abhängt. Die mögliche Rauchausbreitung ist deshalb sowohl für angrenzende Bereiche als auch für die Vorgehensweise der Feuerwehr relevant.
Nach einem bekämpften Brandereignis können innerhalb beschädigter Batteriemodule weiterhin chemische Reaktionen und Wärmeentwicklung auftreten. Eine erneute Entzündung lässt sich daher nicht allein anhand äußerlich erloschener Flammen ausschließen. Vorgaben zur Kontrolle betroffener Einheiten und zum weiteren Umgang mit beschädigten Speichermodulen gehören aus diesem Grund in die Einsatz- und Betriebsplanung.
Konzept und Nachweis richtig einordnen
Der Brandschutznachweis gehört zu den bautechnischen Nachweisen im Genehmigungsverfahren. Er belegt, dass das Vorhaben die geltenden brandschutzrechtlichen Anforderungen erfüllt. In welcher Form er zu erbringen ist, regelt das jeweilige Landesrecht. Größere Batteriespeicheranlagen können aufgrund der erhöhten Brand- und Explosionsgefahr als Sonderbau einzustufen sein. Bei Sonderbauten wird der Brandschutznachweis in vielen Bundesländern in Form eines Brandschutzkonzepts erbracht.
Ein Brandschutzkonzept beschreibt die geplante brandschutztechnische Gesamtstruktur eines Vorhabens. Darin werden mögliche Brandereignisse betrachtet und bauliche, technische sowie organisatorische Maßnahmen aufeinander bezogen. Bei Batteriespeichern fließen unter anderem Speichertechnologie, Containeranordnung, Grundstückssituation und Bedingungen für den Feuerwehreinsatz in das Konzept mit ein.
Abweichungen von bauordnungsrechtlichen Vorgaben werden im Brandschutzkonzept fachlich begründet und die vorgesehenen Kompensationsmaßnahmen dargestellt. Die Abweichung selbst wird bei der Bauaufsichtsbehörde beantragt und von dieser zugelassen.
Die Begriffe werden in der Praxis und in den Landesbauordnungen nicht einheitlich verwendet. Welche Unterlagen in welchem Umfang erforderlich sind, hängt vom Genehmigungsverfahren und vom Landesrecht ab.
Die Planung folgt mehreren aufeinander aufbauenden Schritten
Zu Beginn werden Standort, Speichertechnik und geplanter Anlagenaufbau erfasst. Darauf aufbauend folgt eine systematische Risikoanalyse: Mögliche Gefährdungen werden identifiziert und hinsichtlich ihrer Auswirkungen bewertet. Erst auf dieser Basis lassen sich Anforderungen an Containerabstände, Zugänglichkeit, Löschwasserversorgung oder bauliche Trennungen festlegen.
Im nächsten Schritt werden die vorgesehenen Maßnahmen mit der technischen Gesamtplanung abgeglichen. Danach werden die erforderlichen Unterlagen für das Genehmigungsverfahren ausgearbeitet und mit den zuständigen Stellen abgestimmt. Dazu gehört auch die frühzeitige Abstimmung der Einsatzplanung mit der zuständigen Brandschutzdienststelle beziehungsweise Feuerwehr.
Vor der Inbetriebnahme ist schließlich zu prüfen, ob die vorgesehenen Maßnahmen entsprechend der Planung umgesetzt wurden. Sicherheitstechnische Anlagen wie Brandmelde- oder Löschanlagen werden, soweit das Landesrecht dies vorschreibt, vor der Inbetriebnahme und danach wiederkehrend durch Prüfsachverständige geprüft. Für die Einsatzkräfte werden in der Regel Feuerwehrpläne nach DIN 14095 erstellt. Betriebsbezogene Vorgaben, Zuständigkeiten und Unterlagen für Einsatzkräfte ergänzen die technische Ausführung.
Fazit
Brandschutz bei stationären Batteriespeichern richtet sich nach den Eigenschaften der konkreten Anlage. Zellchemie, Speicherkapazität, Containeraufbau, Standort und Abstände bestimmen, welche Maßnahmen getroffen werden müssen.
Werden Brand- und Explosionsgefahren sowie Anforderungen der Feuerwehr früh berücksichtigt, lassen sich geeignete Schutzmaßnahmen rechtzeitig in die Planung integrieren.