Aplicación de Energías Renovables para la Autosuficiencia Energética en Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales EDAR

Abstract

Este Trabajo Fin de Máster pretende abordar el elevado consumo energético de las Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales (EDAR), para el estudio se toma como referencia el caso de la EDAR El Prat de Llobregat (Barcelona). El objetivo principal consiste en evaluar su balance energético con el fin de diseñar un plan de integración de energías renovables que contribuyan a avanzar hacia su autosuficiencia, así como, reducir costes operativos y minimizar emisiones de CO₂. Partiendo de un consumo anual de 47,3 GWh, se identificaron como críticos el tratamiento secundario (45 % del total), el pretratamiento (16 %) y el tratamiento terciario (15 %). La planta genera internamente 13,2 GWh/año de energía producida a partir del biogás, cubriendo el 28 % de su demanda. Para completar la cobertura del déficit de 34,1 GWh/año, se propuso el aumento de biogás por codigestión, aportando 5 GWh adicionales al año; también la instalación de un campo fotovoltaico de 1,706 MWp (aprox. 3 101 módulos de 550 Wp), con una producción estimada de 2,05 GWh/año y el montaje de cuatro aerogeneradores de eje vertical de 100 kW, que sumarían 0,68 GWh/año. El mix renovable propuesto generaría unos 20,85 GWh/año, lo que cubre el 61 % del déficit y contribuye al 44 % del consumo total. Estas incorporaciones suponen un ahorro anual de 2,54 M€ en compra de electricidad además de una reducción de emisiones de 3,93 ktCO₂. Los resultados de este estudio avalan la viabilidad técnica y económica de esta estrategia y ofrecen un modelo replicable para EDARs que requiera combinar biogás, energía solar y minieólica en su transición hacia la sostenibilidad.

This Master's Thesis aims to address the high energy consumption of Wastewater Treatment Plants (WWTPs), using the El Prat de Llobregat WWTP (Barcelona) as a reference case. The main objective is to assess its energy balance in order to design a renewable energy integration plan that supports progress toward energy selfsufficiency, while also reducing operational costs and minimizing CO₂ emissions. Starting from an annual consumption of 47.3 GWh, the most energy-intensive processes were identified as secondary treatment (45% of total), pretreatment (16%), and tertiary treatment (15%). The plant currently generates 13.2 GWh/year of energy from biogas, covering 28% of its demand. To address the remaining 34.1 GWh/year deficit, the study proposes increasing biogas production through codigestion, contributing an additional 5 GWh/year; installing a 1.706 MWp photovoltaic field (approx. 3,101 modules of 550 Wp), with an estimated output of 2.05 GWh/year; and deploying four vertical-axis wind turbines of 100 kW each, adding 0.68 GWh/year. The proposed renewable mix would generate around 20.85 GWh/year, covering 61% of the deficit and contributing to 44% of the plant’s total energy consumption. These measures would result in annual savings of €2.54 million in electricity purchases and a reduction of 3.93 ktCO₂ in emissions. The findings of this study support the technical and economic feasibility of the strategy and offer a replicable model for WWTPs seeking to combine biogas, solar energy, and small-scale wind power in their transition toward sustainability. Palabras