Brandschutz für Batteriegroßspeicher-Projekt

Voltfang setzt auf zertifizierte Brandfrüherkennung

Ein Batteriespeicherprojekt in Alsdorf zeigt, wie Energiespeicherung zur Netzstabilisierung beitragen kann. Der Systemintegrator Voltfang nutzt dabei großskalige Batteriespeicher, die Strom bedarfsgerecht ein- und ausspeichern. Für den sicheren Betrieb sorgt ein integriertes Brandfrüherkennungssystem von Hekatron Brandschutz. Es überwacht kritische Zustände innerhalb der Anlage und ermöglicht automatisierte Gegenmaßnahmen, um Risiken frühzeitig zu erkennen und die Anlagenverfügbarkeit zu gewährleisten.

Das Batteriegroßspeicher-Projekt in Alsdorf kann 2.000 Haushalte mit Strom versorgen.
Bild: Voltfang

Das Batteriegroßspeicher-Projekt in Alsdorf kann 2.000 Haushalte mit Strom versorgen.

Bild: Voltfang

Hekatron Brandschutz lieferte die Sicherheitstechnik für ein Batteriegroßspeicher-Projekt von Voltfang in Alsdorf, das kürzlich fertiggestellt wurde. Der Systemintegrator für Batterie Energiespeichersysteme (BESS) aus Aachen setzt dabei auf ein klar definiertes Ziel: Strom dann einzuspeichern, wenn er günstig verfügbar ist und ihn in Zeiten knapper Netzkapazitäten oder hoher Nachfrage wieder abzugeben. Damit trägt die Anlage aktiv zur Netzstabilisierung und Energieeffizienz bei. Für die notwendige Betriebssicherheit und den gesetzlich geforderten Brandschutz sorgt ein integriertes Brandfrüherkennungssystem.

Welche Rolle Strom in unserem Alltag spielt, wird dann besonders deutlich, wenn er plötzlich fehlt, wie zu Jahresbeginn beim Berliner Blackout, als ganze Stadtteile plötzlich in Dunkelheit und Kälte versanken. Genau hier setzt Voltfang mit seinen BESS-Lösungen an, welche die Energiewende und das Stromnetz planbar machen. Im Projekt Alsdorf kommen vier Container mit insgesamt 20 MWh Kapazität und 9,5 MW Leistung zum Einsatz. Die Gesamtanlage kann 2.000 Haushalte versorgen und ist Teil der Energiewende in Alsdorf. Herzstück des verwendeten Brandmeldesystems ist die kompakte Hekatron-Brandmelderzentrale „Integral Evoxx C“.
Bild: Hekatron

Herzstück des verwendeten Brandmeldesystems ist die kompakte Hekatron-Brandmelderzentrale „Integral Evoxx C“.

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Automatisiertes Sicherheitskonzept für maximale Anlagenverfügbarkeit

Um den sicheren Betrieb zu gewährleisten, wurde das Speichersystem mit einer modularen Brandmeldeanlage ausgestattet. Die Lösung von Hekatron erkennt frühzeitig kritische Entwicklungen innerhalb der Container und leitet automatisiert Gegenmaßnahmen ein. Das System überwacht unter anderem potenzielle Gasansammlungen sowie CO-Konzentrationen – ein wesentlicher Indikator für beginnendes Thermisches Durchgehen, also der Überhitzung etwa einer Batterie in Form eines selbstverstärkenden Prozesses, die oft zu Bränden oder Explosionen führt.

Multitalente an der Decke: Mehrfachsensormelder inklusive CO-Gasdetektion vom Typ „CMD 533 X“ überwachen die Speichermodule.
Bild: Hekatron

Multitalente an der Decke: Mehrfachsensormelder inklusive CO-Gasdetektion vom Typ „CMD 533 X“ überwachen die Speichermodule.

Bild: Hekatron

Die eingesetzte „INTEGRAL“-Brandmeldeanlage übernimmt mehrere sicherheitsrelevante Aufgaben gleichzeitig. Die Brandmeldeanlage ist direkt mit dem Energiemanagementsystem und der Lüftungsanlage verbunden. Entsteht im Container ein kritischer Zustand, wird automatisch auf einen Frischluft-Spülbetrieb mit maximaler Kühlleistung umgeschaltet, um die Ausbreitung von Störungen zu verhindern (für mehr Produktdetails siehe Kasten). Felix Nolte, Head of Product Development bei Voltfang, erklärt: „Wir haben uns für Hekatron entschieden, weil uns das modulare Systemkonzept, das überzeugende Preis-Leistungs-Verhältnis und die nahtlose Integration in unsere Speicherarchitektur überzeugt haben. Für uns war wichtig, eine zuverlässige, erweiterbare Lösung zu bekommen, die sowohl mit lokalen Errichtern als auch mit Unterstützung von Hekatron funktioniert.“ Künftig sollen daher alle Speicheranlagen mit Sicherheitstechnik des Herstellers ausgerüstet werden.

Die in der Mittelspannungszentrale sowie in den Speichermodulen eingesetzten Mehrfachsensormelder sind nach EN 54-26 zugelassen.
Bild: Hekatron

Die in der Mittelspannungszentrale sowie in den Speichermodulen eingesetzten Mehrfachsensormelder sind nach EN 54-26 zugelassen.

Bild: Hekatron

Achim Irnich, Spezialist für Brandmelde- und Sprachalarmierungssysteme bei Hekatron, fügt hinzu: „Wir freuen uns, Teil dieses richtungsweisenden Projekts zu sein. Hier können wir erneut zeigen, wofür unser Unternehmen steht: zuverlässige Sicherheitstechnik, die auch unter anspruchsvollen Bedingungen volle Leistung bringt. Besonders motiviert uns, dass wir damit in diesem Fall einen Beitrag zu einer nachhaltigeren und resilienteren Energieinfrastruktur leisten.“

Hekatron, Sulzburg

BS Brandschutz fragt nach

Achim Irnich, Spezialist für Brandmelde- und Sprachalarmierungssysteme bei Hekatron, beschreibt brandschutztechnische Details des außergewöhnlichen Projektes.

Herr Irnich, Batteriegroßspeicher gelten aus brandschutztechnischer Sicht als anspruchsvoll. Welche spezifischen Risiken wurden im Projekt in Alsdorf identifiziert und wie haben diese die Auslegung des Brandschutzkonzepts beeinflusst?

Das größte Brandschutz-Risiko im Bereich der Hochvoltspeicheranlage von Voltfang besteht in einem möglichen Thermal-Runaway-Ereignis. Weil die Speicheranlagen im Rahmen von Installations- oder Wartungsarbeiten regelmäßig von Mitarbeitenden und Dienstleistern betreten werden, steht der Personenschutz als primäres Schutzziel im Vordergrund. Zudem soll durch die Brandfrüherkennung im Ernstfall auch ein Übergreifen auf die restliche Anlage verhindert werden. Um die Schutzziele aus dem vorliegenden Brandschutzkonzept umzusetzen, kommen intelligente Mehrfachsensormelder zum Einsatz. Neben den Kenngrößen Rauch und Wärme detektieren die hochsensitiven Melder auch CO-Gas mit Zulassung nach EN 54 Teil 26.

Hintergrundinformation:

Um einen Brand bereits vor oder in seiner Entstehungsphase erkennen und beherrschen zu können, wurden im Brandschutzkonzept insgesamt folgende technische Maßnahmen festgelegt:

Kontinuierliches Spannungs- und Temperaturmonitoring aller Batterie-Zellen,

CO-, Rauch- und Wärmemelder-Überwachung der Batteriecontainer (BSU) als Teil einer VdS- bzw. DIN 14675 zertifizierten Brandmeldeanlage (FAS),

Abschaltung der Anlage im Fehlerfall zur Unterbrechung von Energie- bzw. Zündquelle bei Stör-, Fehler– oder Branddetektion,

Klimaanlage mit Luftklappen zur aktiven Gas-, Rauch- und Wärmeabführung (RWA),

Feuerhemmende Außenwände (Baustoffklasse A1), die in Verbindung mit mindestens 4 m Brandschutzabständen eine
sichere Brandschottung zum Brandcontainern bilden,

nicht brennbare Baustoffe und Materialien (Brandklasse A1, A2),

selbstverlöschende (min. Brandklasse E(CA), UL 94 V-0), kurz- und erdschlusssichere elektrische Anlagenteile und Kabel in brandhemmender Verlegung (Einzelader-Ausführung)

Visuelle und akustische Alarmsignale im Brandfall mit Freischaltungsanzeige,

Empfehlungen für das Verhalten im Brandfall (Handlungsleitfaden Brandschutz, Feuerwehreinsatzplan) in Zusammenarbeit mit der örtlichen Feuerwehr,

jährliche Begehung, Wartung und Überprüfung der gesamten Anlage,

Feuerwehr-Anzeigetableau (FAT) und -Bedienfeld (FBF) mit Freischaltelement (FSE),

Aufschaltung des FAS auf eine ständig besetzte Leitstelle oder Servicezentrale.

Für die Feuerwehranlaufstation (FAS) wurde folgendes definiert:

Zentraler Bestandteil ist eine VdS- oder, bei geforderten Anlagen, DIN14675 konforme Brandmeldezentrale (BMZ), die über eine Ringbus-Leitung mit allen Komponenten und Meldern im Feld verbunden ist. Das FAS kann auch auf ein übergeordnetes, anlagenspezifisches oder firmeninternes Brandmeldesystem aufgeschaltet werden.

Brandmeldezentrale (BMZ), Feuerwehrbedienfeld (FBF), Druckknopfmelder und Opto-akustische Alarmierung befinden sich in bzw. am MS-Schaltanlagencontainer (MSSA).

Jeder Batterie-Container (BSU) verfügt über vier CO-, Rauch-, Wärme-Kombimelder, eine optische Alarmierung, I/O-Module für Türüberwachung, Löschbereich- + Anlagensteuerung und ggf. im Rahmen einer DIN14675 Anforderung über einen Druckknopfmelder im Tür-Außenbereich zur lokalen Alarmierung.

Die eingesetzte „INTEGRAL“-Brandmeldeanlage erkennt neben klassischen Brandkenngrößen auch Gasentwicklungen und CO-Konzentrationen. Welche Rolle spielt diese Mehrkriterien-
Detektion bei der frühzeitigen Erkennung eines Thermal
Runaway? Beziehungsweise wie unterscheidet sie sich von konventionellen Brandmeldesystemen?

Da bei einem Thermal Runaway toxisches Kohlenmonoxid (CO) als eines der ersten Produkte entsteht, ist die CO-Gasdetektion für die Früherkennung des Ereignisses zentral. Die Möglichkeit, CO zuverlässig bereits in geringen und gesundheitlich unbedenklichen Konzentrationen in den Containereinheiten detektieren zu können, spielt daher eine Schlüsselrolle in diesem Objekt. Bei dem eingesetzten Mehrfachsensormelder „CMD 533 X“ kann die Signalschwelle sehr individuell (von 10-320 ppm) gewählt werden.

Neben giftigen Gasen entsteht bei einem Thermal Runaway vor allem Hitze und schließlich Flammenbildung bzw. Rauch. Der Melder hat für die enthaltenen Brandkenngrößen folgenden Zulassungen:

nach EN 54-26 als CO-Gas Sensor,

nach EN 54-7 als optischer Sensor,

nach EN 54-5 als thermischer Sensor,

nach EN 54-30 für die Verknüpfung von Co-Gas und thermischem Sensor,

nach EN 54-29 als Mehrfachsensormelder.

Der Melder vereinigt damit drei Brandkenngrößen die intelligent verknüpft, ausgewertet und detektiert werden können.

Weiter ergeben sich aus diesen Zulassungen nach EN 54 zulässige Betriebs- und Anwendungskombinationen, beispielsweise nach EN 54 Teil -26, -29 und -30. Damit kann dieser Mehrfach-
sensormelder komplexe und gleichzeitig sehr breite Anwendungsbereiche abdecken.

Die Brandmeldeanlage ist eng mit Energiemanagement und Lüftung vernetzt. Wie wurde diese Integration technisch umgesetzt? Welche Herausforderungen ergeben sich bei der Kopplung sicherheitsrelevanter Systeme mit der Anlagensteuerung?

Die eingesetzte „INTEGRAL“-Brandmeldeanlage übernimmt mehrere sicherheitsrelevante Aufgaben gleichzeitig:

Früherkennung von Brandereignissen und kritischen Gasentwicklungen,

Abschaltung des betroffenen Containers im Ereignisfall,

automatische Lüftungssteuerung zur Abfuhr von Wärme und Gasen,

Signalisation über Außensirenen und Blitzleuchten,

Überwachung von Türkontakten und Anlagenzuständen mit Weiterleitung an eine 24/7-Zentrale.

Die Brandmeldeanlage ist direkt mit dem Energiemanagementsystem und der Lüftungsanlage verbunden. Entsteht im Container ein kritischer Zustand, wird automatisch auf einen Frischluft-Spülbetrieb mit maximaler Kühlleistung umgeschaltet, um die Ausbreitung von brennbaren Gasen zu verhindern.

Die beschriebenen Brandfallsteuerungen werden individuell, in Abhängigkeit von den Ereignissen, in der Batteriespeicheranlage aktiviert. Dafür müssen alle relevanten Zustände und Ereignisse permanent überwacht werden. Das übernimmt das System „
INTEGRAL EvoxX“ mittels der erwähnten Melder und zusätzlich durch kombinierte Ein-/Ausgangsmodule vom Typ „BX-O2I4“. Derartige ereignisbezogene und / oder zeitabhängige Überwachungs- und Steueraufgaben gehören heute zu den Standard-Aufgabenprofilen der verwendeten BMA.

Durch die in der Parametrierungsebene eingebettete, logische Verknüpfungsmatrix (SPS-Funktion) der Brandmeldeanlage
„INTEGRAL-EvoxX“ können Überwachungs- und Steuerfunktionen im Rahmen der Brandfallsteuerung sehr individuell, ereignisbezogen und ressourcenschonend umgesetzt werden. Das
„INTEGRAL“-System bildet die Funktionen der Brandfallsteuerung ab und benötigt keine zusätzlichen externe Geräte und separate Steuerungen.

Damit die beschriebenen Überwachungs- und Steuerfunktionen zielgerichtet umgesetzt werden können, muss die Funktionskette bereits in der Konzeptionsphase des Brandmeldesystems klar definiert und mit den Beteiligten abgestimmt sein.

Durch die permanente Selbstüberwachung des Systems, in Kombination mit dem zusätzlichen Remote-Fernzugriff, erhält der
Betreiber ein Höchstmaß an Betriebssicherheit und Verfügbarkeit seines BMA-Systems und maximale Sicherheit für sein Batteriespeichersystem, unabhängig von einer Aufschaltung zur örtlichen Feuerwehr.

Die eingesetzten Mehrfachsensormelder sind unter anderem nach EN 54-26 zertifiziert. Welche normativen Anforderungen waren für das Projekt maßgeblich und inwiefern lässt sich das realisierte Brandschutzkonzept auf andere BESS-Anwendungen oder vergleichbare Infrastrukturen übertragen?

Folgende Normen waren für das Projekt maßgeblich:

DIN 14675-1/-2,

VDE 0833-1/-2,

EN 54,

DIN EN 50710 für Remote Services.

Jedes Brandschutzkonzept ist hoch individuell in der Bewertung und kann daher kaum auf andere Objekte oder Anwendungsfälle
übertragen werden. Deshalb lässt sich das Alsdorfer Konzept nicht ohne Kenntnis der jeweils konkreten Gegebenheiten auf andere BESS-Projekte anwenden. Allerdings wird in Objekten, deren größtes Risiko ein Thermal Runaway ist, allgemein neben Wärme- und Rauch- die CO-Detektion eine zentrale Rolle spielen, weshalb hier Mehrfachsensormelder mit Zulassung nach EN 54 zu empfehlen sind.