Der Ausbau erneuerbarer Energien, dezentraler Netzinfrastruktur und stationärer Batteriespeicher erhöht die Anforderungen an den Brandschutz bei Energieanlagen erheblich. Photovoltaik-Freiflächenanlagen, Windenergieanlagen, Umspannwerke, Transformatorenstationen und Batterie-Energiespeichersysteme (BESS) sind häufig abgelegen errichtet, verfügen über hohe elektrische Leistungen und enthalten brandrelevante Materialien. Ein wirksamer Brandschutz muss daher technische Prävention, operative Einsatzfähigkeit, Löschwasservorhaltung, Umwelt- und Objektschutz sowie Sabotageprävention integrieren.
Brandschutz bei Energieanlagen
Warum ist Brandschutz bei Energieanlagen so wichtig?
Energieanlagen arbeiten mit hohen Spannungen, großen Energiemengen und komplexen elektrischen Komponenten. Ein Brand in solchen Anlagen kann:
- Menschenleben gefährden
- Hohe Sachschäden verursachen
- Versorgungsausfälle und wirtschaftliche Verluste nach sich ziehen
- Regulatorische Konsequenzen haben, wenn Sicherheitsanforderungen nicht eingehalten werden
Ein effektives Brandschutzkonzept minimiert diese Risiken und ist sowohl in der Planung als auch im Betrieb zwingend erforderlich.
Empirische Untersuchungen zeigen, dass der Großteil der Ausfälle von Energieanlagen auf klassische elektrische Ursachen wie Kurzschlüsse, Überlastungen und Isolationsabbau zurückzuführen ist. Umweltbedingte Einflüsse wie Wassereintritt und Verschmutzung wirken häufig als indirekte Auslöser. Sabotage und Batteriebrände sind vergleichsweise selten, verursachen jedoch überproportional hohe Schäden.
| Ursache | Beschreibung | Empirische Einordnung / Größenordnung |
|---|
| Kurzschlüsse und Überlastungen | Elektrische Kurzschlüsse oder Überlastzustände durch defekte Komponenten, fehlerhafte Verdrahtung, lose Klemmen oder externe Einflüsse (z. B. durch Tiere, die Wärme suchen). | ≈ 25–40 % der elektrischen Störungen in Umspannwerken und Trafostationen; bei Niederspannungs- und PV-Systemen teils >40 % |
| Defekte Isolierungen | Alterung, thermische Zyklen und mechanische Beanspruchung (z. B. an Kabeldurchführungen) führen zu Isolationsabbau, Kriechströmen und Lichtbögen. | ≈ 20–30 % der schweren Trafo- und Kabelschäden; Isolationsprobleme sind einer der Top-3-Fehlermechanismen bei Hochspannungsanlagen |
| Leckagen | Austritt von Trafoöl, Elektrolyt oder Kühlmedien mit sekundärem Brand- und Kurzschlussrisiko sowie Kühlungsverlust. | ≈ 5–10 % der gemeldeten Großschäden bei Transformatoren; hohe Schadensschwere trotz moderater Häufigkeit |
| Wassereintritt | Kondensation in Schaltschränken/Containern, undichte Kabel- und Rohrdurchführungen, beschädigte Dichtungen; häufig ausgelöst durch Starkregen, Hochwasser oder Rückstau. | Direkt ≈ 5–15 % der Störungen; indirekt deutlich höher, da Wasser oft Ausgangspunkt für spätere Kurzschlüsse und Brände ist |
| Verschmutzungen (Staub/Schmutz) | Staub, industrielle Ablagerungen oder leitfähiger Metallstaub verursachen Wärmestau, Kriechströme und Lichtbögen. | In Industrie- und Wüsten-/Agrarregionen ≈ 10–20 % der PV- und Umspannwerksstörungen beteiligt |
| Sabotage / Vandalismus / Diebstahl | Brandanschläge, gezielte Kabeldurchtrennung, Metall- und Kupferdiebstahl; besonders relevant für KRITIS und abgelegene Standorte. | Statistisch <5 % der Ereignisse, aber überproportional hohe Schadens- und Ausfallkosten |
| Überhitzte Transformatoren | Versagen von Kühlsystemen, verstopfte Radiatoren oder Dauerüberlast führen zu beschleunigter Alterung und Brandgefahr. | ≈ 10–20 % der schweren Transformatorstörungen sind thermisch getrieben |
| Schwelbrände in Batterien (BESS) | Interne Zellfehler, Überladung oder externe Hitze führen zu thermischem Durchgehen (Thermal Runaway) und Schwelbrände bei Lithium-Ionen-Zellen. | Sehr geringe Ereignisrate (<1 % der Systeme), aber hohe mediale und sicherheitstechnische Relevanz |
Störlichtbögen zählen zu den gefährlichsten Schadensmechanismen in Energieanlagen. Empirische Auswertungen zeigen, dass bis zu 50 % der schweren elektrischen Brände in Schaltanlagen direkt oder indirekt auf Störlichtbögen zurückzuführen sind. Sie entstehen häufig als Folge von Isolationsabbau, Feuchtigkeit oder losen Kontakten und erfordern extrem schnelle Schutz- und Abschaltkonzepte.
| Ursache | Beschreibung | Empirische Einordnung |
|---|
| Störlichtbogen (Arc Fault) | Hochenergetische Lichtbogenentladung infolge von Isolationsabbau, losen Kontakten, Feuchtigkeit, Verschmutzung oder mechanischen Schäden; extrem schnelle Brand- und Explosionsentwicklung. | ≈ 30–50 % der schweren elektrischen Brände in Schaltanlagen; führende Brandursache in MS-/NS-Anlagen und relevanter Faktor in PV- und Trafo-Systemen |
Empirische Studien und Datenbanken
1) Transformatoren: Utility-/CIGRÉ-Umfragen (weltweit, große Stichprobe)
Für Leistungstransformatoren sind die belastbarsten Daten häufig CIGRÉ-Erhebungen (Utilities, viele Länder, viele Jahre). Ein Beispiel ist eine standardisierte Ausfall-/Fehlerdatenerhebung mit 964 „major failures“ (1996–2010) aus 58 Utilities in 21 Ländern, bei der Wicklungen, Stufenschalter (OLTC) und Durchführungen zu den dominanten Fehlerbeiträgen gehören.
Ergänzend wird in der Literatur auf CIGRÉ-Ergebnisse verwiesen, wonach OLTC und Wicklungen oft zu den größten Fehleranteilen zählen. Der Stufenschalter (OLTC – On-Load Tap Changer) ermöglicht die Lastregelung der Ausgangsspannung von Leistungstransformatoren während des laufenden Betriebs. Er ist mechanisch, elektrisch und thermisch hoch belastet und gilt seit Jahrzehnten als eine der wichtigsten Schwachstellen in der Transformatorzuverlässigkeit.
Praxis-Mehrwert: Diese Surveys eignen sich gut, um „Hauptausfallursachen“ für Transformatoren quantitativ zu belegen und in Wartungs-/Monitoring-Strategien zu übersetzen.
2) PV-Anlagen: Betreiber- und Flottendaten (Failure Modes)
Für PV-Kraftwerke gibt es empirische Studien, die Ausfälle nach Subsystemen quantifizieren. In einer vielzitierten Auswertung (Betreiberperspektive, Flottendaten) werden Wechselrichter als häufigster Ausfalltreiber und wesentlicher Treiber von Ertragsverlusten identifiziert (z. B. hoher Anteil an Störungen und „production lost“).
Auch andere Arbeiten zur PV-Systemzuverlässigkeit berichten konsistent, dass Inverter/Leistungselektronik im Feldbetrieb besonders auffällig sind.
Praxis-Mehrwert: Empirie unterstützt hier sehr klar die Priorisierung: Condition Monitoring und Ersatzteil-/Servicekonzepte rund um Wechselrichter und AC/DC-Peripherie.
3) BESS: Incident-Datenbanken und Auswertungen (Feuer/Failure Incidents)
Für stationäre Batteriespeicher (BESS) existiert eine der wichtigsten empirischen Quellen als Incident-Datenbank: die EPRI BESS Failure Incident Database, die Ereignisse zu stationären Speichersystemen sammelt.
Außerdem gibt es wissenschaftliche Arbeiten, die BESS-Feuerrisiken anhand von Incident-Daten und Bestandszahlen quantifizieren; in einer RWTH-Aachen-Arbeit wird explizit darauf verwiesen, dass das Risiko von Großspeicher-Bränden seit 2015 in einer Datenbank erfasst wird (als Basis für probabilistische Betrachtungen).
Wichtig für „Hauptursachen“ bei BESS: Je nach Auswertung liegen viele Ereignisse nicht primär an der Zelle selbst, sondern an Controls/BOS (Balance of System) – dazu findet man Sekundärauswertungen, die explizit EPRI-Erkenntnisse referenzieren.
1. Brandrisiken bei Energieanlagen nach Anlagentyp
PV-Anlagen
Lichtbögen, fehlerhafte Steckverbindungen, defekte Wechselrichter und Kabelüberhitzung können Brände auslösen. Die Flächenausdehnung begünstigt eine schnelle Brandausbreitung, insbesondere bei Vegetationsnähe.
Windenergieanlagen
Elektrische Defekte, Blitzschlag oder mechanische Schäden führen selten, aber mit hoher Schadenswirkung zu Bränden in Gondel oder Turm. Höhe und Lage erschweren den Feuerwehreinsatz.
Transformatoren und Umspannwerke
Hohe Temperaturen, Kurzschlüsse und Isolieröle bzw. Trafoöle stellen ein signifikantes Brand- und Umweltrisiko dar. Sekundärschäden durch austretende Medien sind zu berücksichtigen.
Batteriespeicher (BESS)
Lithium-basierte Systeme bergen das Risiko des thermischen Durchgehens (Thermal Runaway). Brände sind schwer zu kontrollieren, es entstehen brennbare Gase, und Nachzündungen sind möglich. Wasser dient hier primär der Kühlung.
2. Technischer Brandschutz und Früherkennung
Ziel ist die Vermeidung von Bränden bzw. die frühestmögliche Begrenzung:
Insbesondere bei BESS ist die frühe Isolation betroffener Module entscheidend.
3. Löschwasservorhaltung an abgelegenen Standorten
Feuerwehrfahrzeuge führen typischerweise 1.000–2.000 Liter Löschwasser mit – ausreichend nur für wenige Minuten Erstangriff. Der reale Bedarf liegt deutlich höher:
- Energieanlagen allgemein: 50–200 m³
- Transformatoren/Umspannwerke: 50–200 m³
- Batteriespeicher: 100–300 m³ und mehr (Kühlung, Riegelstellung, Nachsicherung), insbesondere bei Lithiumbatterien
- Vegetations- und Randlagen: rasch >100 m³
Da Hydranten häufig fehlen, ist eine dezentrale Löschwasservorhaltung erforderlich:
4. Auffang- und Umweltschutz
Bei Transformatoren und BESS müssen Brand- und Umweltschutz gemeinsam geplant werden:
Diese Maßnahmen sind regelmäßig Voraussetzung für Genehmigung und Versicherung.
Brandschutz für Transformatoren
5. Videoüberwachung, Abzäunung und Sabotageschutz
Ein erheblicher Teil von Bränden entsteht durch Fahrlässigkeit, Vandalismus oder Sabotage. Präventiver Objektschutz ist daher integraler Bestandteil des Brandschutzes:
- Videoüberwachung (optisch/thermisch) zur Erkennung von Rauch, Feuer, Zutritt und Manipulation
- Ereignisbasierte Auswertung und Alarmierung
- Stacheldrahtzäune als Sabotageschutz, Abzäunung nicht-leitend aus GFK, Sichtschutz und physische Zugangssicherung sensibler Bereiche (Trafos, Batteriecontainer, Wechselrichter, Kabeltrassen)
- Schutzhauben, Verriegelungen und klar definierte Sicherheitszonen
Sabotageschutz reduziert gezielte Brandstiftungs- und Manipulationsrisiken und erhöht die Resilienz kritischer Infrastruktur.
6. Integrierter Sicherheitsansatz
Ein belastbares Konzept verbindet:
- Technischen Brandschutz und Abschalttechnik
- Früherkennung und Segmentierung
- Dezentrale Löschwasservorhaltung
- Auffang- und Umweltschutz
- Videoüberwachung und Abzäunung
- Sabotageprävention
- Abstimmung mit Feuerwehr, Behörden und Versicherern
Fazit
Der Brandschutz bei Energieanlagen erfordert heute einen ganzheitlichen Ansatz. Besonders bei abgelegenen PV-, Wind-, Transformator- und Batteriespeicherstandorten sind ausreichende Löschwasserreserven, technische Überwachung, Auffangsysteme, Videoüberwachung, Zugangssicherung und Sabotageschutz unverzichtbar. Nur so lassen sich Risiken für Menschen, Umwelt und Versorgungssicherheit nachhaltig minimieren.
