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昨日，浙江可勝技術(shù)股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱可勝技術(shù)）消息：其建設(shè)的青海中控德令哈50MW光熱電站最近11個(gè)月發(fā)電量達(dá)到1.46億kWh，超過(guò)年度設(shè)計(jì)發(fā)電量（1.46億kWh），成為全國(guó)首個(gè)年發(fā)電量完全達(dá)到設(shè)計(jì)水平的光熱電站！此則信息令光熱行業(yè)振奮！
這樣的運(yùn)行表現(xiàn)到底意味著什么？
對(duì)我國(guó)光熱行業(yè)的發(fā)展又將產(chǎn)生哪些積極的影響？
可勝技術(shù)如何做到的？
帶著這些問(wèn)題，我們向浙江可勝技術(shù)股份有限公司董事長(zhǎng)兼總工程師金建祥教授一探究竟。
Q&A
Q：青海中控德令哈50MW光熱電站取得這樣的運(yùn)行水平，那么與國(guó)內(nèi)外同類型電站相比，這樣的運(yùn)行表現(xiàn)到底處于什么樣的水平？
A：國(guó)際上已投運(yùn)的塔式光熱電站，自并網(wǎng)發(fā)電以后往往有3-5年的性能提升期。國(guó)內(nèi)光熱發(fā)電技術(shù)較國(guó)外起步較晚，通過(guò)國(guó)家示范項(xiàng)目的建設(shè)，目前已有5座大型塔式光熱電站并網(wǎng)發(fā)電，絕大多數(shù)處于消缺階段或性能快速提升期。
我們德令哈光熱電站于2018年12月30日并網(wǎng)發(fā)電，2019年4月17日首次實(shí)現(xiàn)滿負(fù)荷運(yùn)行，通過(guò)半年的快速消缺及試運(yùn)行，于2019年7月下旬正式進(jìn)入常規(guī)運(yùn)行階段。在隨后的三年運(yùn)行中，電站逐一解決了新冒出來(lái)的設(shè)備故障問(wèn)題，并通過(guò)不斷優(yōu)化運(yùn)行策略，連續(xù)突破單日、單月、年度運(yùn)行紀(jì)錄。自2021年8月5日汽輪機(jī)及管道再次整改完成后，一直穩(wěn)定發(fā)電至今，僅僅用了11個(gè)月的時(shí)間，就完成了年度設(shè)計(jì)發(fā)電量（1.46億kWh），成為全國(guó)首個(gè)年發(fā)電量完全達(dá)到設(shè)計(jì)水平的光熱電站。根據(jù)我們的預(yù)測(cè)，到下個(gè)月5號(hào)，整個(gè)運(yùn)行年度的發(fā)電量有望達(dá)到近1.6億kWh，將超出年度設(shè)計(jì)發(fā)電量10%，這也將是全球范圍內(nèi)第一個(gè)達(dá)到如此優(yōu)異表現(xiàn)的塔式熔鹽儲(chǔ)能光熱電站?；谝陨系铝罟鉄犭娬緝?yōu)秀的運(yùn)行表現(xiàn)，以及我們從中積累的豐富運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于后續(xù)的塔式光熱發(fā)電項(xiàng)目，我們有充分的信心在18個(gè)月內(nèi)即實(shí)現(xiàn)連續(xù)12個(gè)月累計(jì)發(fā)電量達(dá)到設(shè)計(jì)值的目標(biāo)，從而改變光熱電站學(xué)習(xí)期長(zhǎng)、產(chǎn)能爬坡慢的痛點(diǎn)，為業(yè)主創(chuàng)造更多價(jià)值。
Q：請(qǐng)問(wèn)光熱電站運(yùn)行表現(xiàn)與哪些因素有關(guān)，青海中控德令哈光熱電站又是如何做到快速達(dá)產(chǎn)的，這其中有哪些關(guān)鍵點(diǎn)，我們?cè)谠O(shè)計(jì)、運(yùn)行方面又有哪些獨(dú)到之處？
A：光熱電站的運(yùn)行表現(xiàn)首先與光資源情況直接相關(guān)，當(dāng)然光資源是非技術(shù)因素，我們這里不做討論。技術(shù)因素主要包括聚光集熱系統(tǒng)、儲(chǔ)換熱系統(tǒng)、汽輪發(fā)電系統(tǒng)等各個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)匹配度，設(shè)備性能，設(shè)備可靠性，運(yùn)行優(yōu)化水平等。為提高青海中控德令哈50MW光熱電站的運(yùn)行表現(xiàn)，我們各方做了大量的工作。
首先說(shuō)說(shuō)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，光熱電站的聚光集熱系統(tǒng)、儲(chǔ)換熱系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)之間的集成是一項(xiàng)挑戰(zhàn)，關(guān)鍵是要做好各系統(tǒng)之間參數(shù)的匹配，以及設(shè)備之間接口的合理設(shè)計(jì)，確保設(shè)計(jì)方案符合光熱發(fā)電的特點(diǎn)及運(yùn)行模式?？蓜偌夹g(shù)通過(guò)自主研發(fā)的塔式熔鹽光熱電站設(shè)計(jì)軟件，并結(jié)合已建成運(yùn)行的德令哈10MW電站的運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了電站聚光集熱、儲(chǔ)換熱和發(fā)電等多個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，以及各系統(tǒng)相互間的優(yōu)化配置，有效提高了整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效率。
對(duì)塔式光熱發(fā)電系統(tǒng)而言，聚光集熱系統(tǒng)的性能是決定電站運(yùn)行表現(xiàn)的最關(guān)鍵因素，而這里面，聚光精度直接決定著聚光集熱系統(tǒng)的效率，進(jìn)而影響光熱電站的效率及發(fā)電量。我們主要從兩個(gè)方面入手來(lái)提高聚光精度，首先從定日鏡的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與加工制造入手，保證定日鏡的機(jī)械精度；同時(shí)，鏡場(chǎng)的定期校正對(duì)保證聚光精度也非常重要，我們采用的基于機(jī)器視覺(jué)的自動(dòng)校正方案，校正效率比傳統(tǒng)的白板校正方案提高25倍，這不僅可以大幅度降低鏡場(chǎng)投運(yùn)前的校正時(shí)間，從而縮短調(diào)試工期，更重要的是利用高效的校正系統(tǒng)可以對(duì)正在運(yùn)行的鏡場(chǎng)進(jìn)行高頻率的校正，保證定日鏡的精度在全生命周期內(nèi)始終維持在最佳水平。鏡場(chǎng)控制系統(tǒng)的性能對(duì)發(fā)電量的影響也至關(guān)重要。依托我們?cè)诳刂葡到y(tǒng)領(lǐng)域近30年的積累，自主研發(fā)的鏡場(chǎng)控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模定日鏡場(chǎng)的集群控制，并與吸熱器控制系統(tǒng)深度耦合，在保證電站聚光集熱系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)，大幅提升光資源利用率，進(jìn)而提升電站發(fā)電量水平。
我們?cè)谶@方面的工作成果也是非常顯著的。早在2019年，我們就委托業(yè)內(nèi)權(quán)威的德國(guó)航空航天中心（DLR）與CSP Services共同對(duì)我們的定日鏡產(chǎn)品進(jìn)行了第三方檢測(cè)認(rèn)證，并獲得了“Excellent”的最高等級(jí)評(píng)價(jià)，我們的定日鏡也可能是到目前為止唯一通過(guò)國(guó)際權(quán)威第三方機(jī)構(gòu)檢測(cè)認(rèn)證的塔式光熱電站核心設(shè)備。我們?cè)诰酃饧療嵯到y(tǒng)方面的能力與水平也得到了行業(yè)的廣泛認(rèn)可，我們牽頭了IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)《太陽(yáng)能光熱發(fā)電站鏡場(chǎng)控制系統(tǒng)》，以及《塔式太陽(yáng)能光熱發(fā)電站集熱系統(tǒng)技術(shù)要求》、《塔式太陽(yáng)能光熱發(fā)電站定日鏡技術(shù)要求》兩項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的編制。
設(shè)備可靠性也是非常關(guān)鍵的，塔式光熱電站主要設(shè)備包括鏡場(chǎng)、熔鹽吸熱器、熔鹽儲(chǔ)罐、熔鹽泵、熔鹽閥、汽輪發(fā)電機(jī)組等。電站設(shè)備的可靠性是直接影響電站性能及發(fā)電量的首要因素?？蓜偌夹g(shù)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了可以在高原極端環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行的塔式光熱電站核心設(shè)備，如定日鏡、吸熱器等，解決了高海拔電控設(shè)計(jì)、低溫高傳動(dòng)效率設(shè)計(jì)、低氣壓密封設(shè)計(jì)等一系列難題，并已經(jīng)過(guò)德令哈10MW光熱項(xiàng)目（2013年7月并網(wǎng)發(fā)電，運(yùn)行9年）、德令哈50MW光熱項(xiàng)目（2018年12月并網(wǎng)發(fā)電）、共和50MW光熱項(xiàng)目（2019年9月并網(wǎng)發(fā)電）三個(gè)項(xiàng)目長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行驗(yàn)證。同時(shí)，可勝技術(shù)與國(guó)內(nèi)外領(lǐng)先的供應(yīng)商和設(shè)計(jì)單位合作，攻克了熔鹽吸熱器的材料選型、柔性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、運(yùn)行工藝設(shè)計(jì)；儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和焊接質(zhì)量控制；熔鹽泵高溫環(huán)境下耐磨損設(shè)計(jì)、熔鹽泵與管道及平臺(tái)聯(lián)合設(shè)計(jì)；熔鹽閥門(mén)密封設(shè)計(jì)等大量技術(shù)難題，掌握了設(shè)備關(guān)鍵性能及控制要點(diǎn)，形成了完整的熔鹽系統(tǒng)工藝及設(shè)備質(zhì)量控制流程，保證了這些關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行可靠性。
運(yùn)行優(yōu)化方面，最核心的是如何在有云天氣情況下，兼顧吸熱器的安全穩(wěn)定運(yùn)行與提高光資源利用率。據(jù)統(tǒng)計(jì)，德令哈電站場(chǎng)址一年的有云天氣高達(dá)200天以上，不時(shí)飄來(lái)的云對(duì)光熱電站的運(yùn)行影響非常大。我們知道云的遮擋會(huì)導(dǎo)致部分鏡場(chǎng)不能聚光，造成吸熱器因表面溫度巨變而影響其安全運(yùn)行，對(duì)運(yùn)行人員而言，選擇關(guān)場(chǎng)、疏鹽是最“安全”的操作，但這會(huì)造成光資源的極大浪費(fèi)，同時(shí)鏡場(chǎng)重新投運(yùn)時(shí)還需要花費(fèi)時(shí)間進(jìn)行吸熱系統(tǒng)及管道的預(yù)熱，進(jìn)一步影響電站的發(fā)電量。而可勝技術(shù)的高精度鏡場(chǎng)控制系統(tǒng)，可迅速對(duì)全鏡場(chǎng)能量進(jìn)行調(diào)度，以實(shí)現(xiàn)來(lái)云情況下吸熱器表面能量均勻分布，不發(fā)生表面溫度巨變，盡量避免關(guān)場(chǎng)、疏鹽，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)光資源的最大限度利用。同時(shí)，云遮擋的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)短，也可能對(duì)電站如何選擇運(yùn)行策略造成影響，進(jìn)而影響發(fā)電量。舉個(gè)例子，鏡場(chǎng)被來(lái)云遮擋時(shí)，電站需要根據(jù)云的持續(xù)時(shí)間選擇最優(yōu)的運(yùn)行策略，若判斷云的持續(xù)時(shí)間很短，應(yīng)通過(guò)調(diào)整鏡場(chǎng)能量和熔鹽流量、避免鏡場(chǎng)關(guān)場(chǎng)，保證在云遮擋結(jié)束后迅速恢復(fù)正常工作狀態(tài)；若判斷云的持續(xù)時(shí)間很長(zhǎng)，則應(yīng)選擇鏡場(chǎng)撤場(chǎng)、吸熱系統(tǒng)疏鹽。如何選擇最佳運(yùn)行策略的核心是對(duì)云的運(yùn)行趨勢(shì)進(jìn)行精準(zhǔn)的預(yù)測(cè)，可勝技術(shù)自主研發(fā)的云預(yù)測(cè)系統(tǒng)，具備云識(shí)別和云運(yùn)動(dòng)跟蹤功能，實(shí)現(xiàn)了30分鐘以內(nèi)的DNI預(yù)測(cè)功能，通過(guò)與鏡場(chǎng)控制系統(tǒng)的深度耦合，幫助操作人員選擇最佳運(yùn)行策略，減少吸熱器的啟停次數(shù)，大幅提高光資源利用率。
同時(shí)，為提高電站運(yùn)行的穩(wěn)定性和發(fā)電量水平，降低人為因素導(dǎo)致的系統(tǒng)效率下降和設(shè)備運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，我們還開(kāi)發(fā)了聚光集熱系統(tǒng)自動(dòng)化運(yùn)行軟件，實(shí)現(xiàn)了聚光集熱系統(tǒng)在不同工況下的自動(dòng)化運(yùn)行。不僅如此，基于德令哈50MW項(xiàng)目的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了設(shè)備專家診斷系統(tǒng)軟件和運(yùn)營(yíng)分析系統(tǒng)軟件，實(shí)現(xiàn)了電站關(guān)鍵設(shè)備提前故障預(yù)警，能夠指導(dǎo)電站運(yùn)行人員持續(xù)改進(jìn)運(yùn)行策略，同時(shí)大幅降低故障處理時(shí)間。
此外，針對(duì)西北地區(qū)常年風(fēng)沙對(duì)鏡場(chǎng)清潔度的影響，可勝技術(shù)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了國(guó)際首創(chuàng)的全自動(dòng)清洗車，具備自動(dòng)導(dǎo)航、水洗/干洗功能，可大幅提高鏡場(chǎng)清洗效率，保證定日鏡的清潔度與發(fā)電效率，降低運(yùn)營(yíng)成本。該設(shè)備榮獲SolarPACES 2020技術(shù)創(chuàng)新大獎(jiǎng)。
Q：我們知道，青海中控德令哈光熱電站是唯一定期公開(kāi)披露運(yùn)行情況的光熱電站，您此前也多次分享過(guò)電站的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，這次能否介紹下電站運(yùn)行至今遇到的主要問(wèn)題有哪些？有哪些經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)是值得同行借鑒吸取的？
A：青海中控德令哈50MW光熱電站投運(yùn)以來(lái)，主要解決了冷鹽泵震動(dòng)、吸熱屏堵管、汽輪機(jī)動(dòng)靜摩擦等問(wèn)題。其中冷鹽泵震動(dòng)與吸熱屏堵管的問(wèn)題對(duì)發(fā)電量的影響雖然不是太大，但也花了一年左右的時(shí)間才逐一解決，今后新建電站的設(shè)計(jì)中，只要吸取教訓(xùn)完全可以避免再次發(fā)生。而汽輪機(jī)的問(wèn)題相對(duì)還是比較嚴(yán)重的，電站移交生產(chǎn)后，2020年7月到2021年7月，一年時(shí)間內(nèi)三次因汽輪機(jī)故障進(jìn)行整改。前兩次整改就是汽輪機(jī)返廠檢修，同時(shí)加固汽輪機(jī)以提高蒸汽管道推力的承受能力，而最后一次整改，也就是去年7月份到8月份期間，除了汽輪機(jī)再一次返廠檢修外，還在設(shè)計(jì)單位西北電力設(shè)計(jì)院的大力支持下，對(duì)主蒸汽管道進(jìn)行了全面整改，以明顯降低蒸汽管道對(duì)汽輪機(jī)的推力，從效果來(lái)看也是不錯(cuò)的，也為這11個(gè)月來(lái)優(yōu)異的運(yùn)行表現(xiàn)打下了基礎(chǔ)。
事后回顧起來(lái)，這些問(wèn)題出現(xiàn)的原因主要還是相關(guān)各方經(jīng)驗(yàn)不足，只要在設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行階段得到充分重視，這個(gè)問(wèn)題也是完全可以避免的。比如熔鹽泵的震動(dòng)，在設(shè)計(jì)階段需優(yōu)化設(shè)計(jì)好泵的基礎(chǔ)，并針對(duì)泵平臺(tái)和管道進(jìn)行聯(lián)合計(jì)算和動(dòng)態(tài)分析，也是完全可以避免的；吸熱器的堵管問(wèn)題只需要在吸熱器設(shè)計(jì)時(shí)簡(jiǎn)單調(diào)整一下吸熱器內(nèi)部連接管道的結(jié)構(gòu)就可以解決；而汽輪機(jī)的問(wèn)題，在設(shè)計(jì)階段需針對(duì)光熱電站頻繁啟停以及經(jīng)常變負(fù)荷運(yùn)行的特點(diǎn)，在汽輪機(jī)設(shè)計(jì)選型、管道優(yōu)化設(shè)計(jì)方面加以重視，就可有效避免。
通過(guò)分析本項(xiàng)目的運(yùn)行情況，我們可以得出結(jié)論：聚光集熱系統(tǒng)及熔鹽儲(chǔ)換熱系統(tǒng)一直穩(wěn)定運(yùn)行，這說(shuō)明這些核心技術(shù)及設(shè)備是成熟可行的，而常規(guī)島并不常規(guī)，出現(xiàn)問(wèn)題相對(duì)較多，缺乏針對(duì)性的優(yōu)化設(shè)計(jì)，后續(xù)項(xiàng)目需重點(diǎn)關(guān)注。對(duì)于塔式光熱電站整體而言，主要設(shè)備已經(jīng)不存在“卡脖子”難題。下一步的目標(biāo)是推動(dòng)熔鹽泵、吸熱器材料等進(jìn)口設(shè)備材料的國(guó)產(chǎn)化，同時(shí)不斷開(kāi)展系統(tǒng)和設(shè)備優(yōu)化，以提高系統(tǒng)效率，降低成本，提升光熱發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性。
Q：德令哈光熱電站的成功運(yùn)行，對(duì)整個(gè)光熱發(fā)電行業(yè)的發(fā)展有哪些積極意義呢？
A：首先，青海中控德令哈50MW塔式光熱電站率先超過(guò)年度設(shè)計(jì)發(fā)電量，充分驗(yàn)證了塔式光熱發(fā)電項(xiàng)目完全可以在我國(guó)西北高海拔、低溫、多風(fēng)沙的惡劣環(huán)境下建成并成功運(yùn)行。
其次，該電站的運(yùn)行數(shù)據(jù)也說(shuō)明了我們自主研發(fā)的塔式光熱發(fā)電技術(shù)已經(jīng)成熟，所采用的國(guó)產(chǎn)化聚光集熱系統(tǒng)和儲(chǔ)換熱系統(tǒng)等核心設(shè)備也是可靠的。通過(guò)項(xiàng)目的建設(shè)運(yùn)行為整個(gè)光熱行業(yè)積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，培養(yǎng)了一批具備較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力的光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)，為光熱發(fā)電下階段更大規(guī)模的推廣應(yīng)用打下了扎實(shí)的基礎(chǔ)。
同時(shí)，塔式熔鹽光熱電站的冬季運(yùn)行表現(xiàn)說(shuō)明在我國(guó)西北建設(shè)塔式光熱電站是十分必要的。目前，在光熱發(fā)電的幾種技術(shù)路線中，已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的技術(shù)路線以塔式和槽式為主。我國(guó)已建成的大型光熱電站中，塔式技術(shù)路線約占60%,槽式技術(shù)約占28%，線性菲涅爾技術(shù)約占12%。我國(guó)DNI較高的地區(qū)大多位于中高緯度地區(qū)，這些地區(qū)冬季太陽(yáng)高度角較小，槽式采用單軸跟蹤形式，其鏡場(chǎng)的余弦效率會(huì)顯著下降，冬至的鏡場(chǎng)效率僅約為夏至的30%左右。而塔式的定日鏡采用雙軸跟蹤形式，可以很好的減少太陽(yáng)高度角變小帶來(lái)的余弦效率損失，其冬季與夏季的電站效率差異不大，并且得益于冬季降雨量較少，其冬季發(fā)電量往往會(huì)超過(guò)夏季。由于冬季水電普遍進(jìn)入枯水期，電網(wǎng)調(diào)峰資源嚴(yán)重不足，塔式光熱電站可保持冬季較高的可利用小時(shí)數(shù)，能夠?yàn)殡娏?yīng)提供更大的保障。
由德令哈50MW項(xiàng)目近11個(gè)月發(fā)電量數(shù)據(jù)（圖1）可以看出，電站逐月發(fā)電量平穩(wěn)，受季節(jié)影響不大。特別是在2021年10月份至今年1月份四個(gè)月冬季期間，冬季運(yùn)行表現(xiàn)更為突出，月平均發(fā)電量高達(dá)1551.5萬(wàn)度，高于設(shè)計(jì)月平均值（1216.67萬(wàn)kWh），充分體現(xiàn)出塔式光熱發(fā)電技術(shù)路線在我國(guó)高緯度地區(qū)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)。
圖1：電站最近11個(gè)月發(fā)電量數(shù)據(jù)
截至目前我國(guó)有8個(gè)光熱示范項(xiàng)目并網(wǎng)發(fā)電，雖然通過(guò)不斷地消缺，這些光熱發(fā)電示范項(xiàng)目的性能和發(fā)電量都在逐步提升，但距離達(dá)到年度設(shè)計(jì)發(fā)電量尚有距離，這導(dǎo)致了部分人士對(duì)光熱發(fā)電技術(shù)心存疑慮。在此情況下，青海中控德令哈光熱電站首先達(dá)到設(shè)計(jì)值，可以說(shuō)是為我國(guó)光熱產(chǎn)業(yè)的發(fā)展注入了一劑“強(qiáng)心針”。
青海中控德令哈50MW光熱電站介紹
青海中控德令哈50MW光熱電站，是國(guó)家首批光熱發(fā)電示范項(xiàng)目之一，裝機(jī)容量50MW，配置7小時(shí)熔鹽儲(chǔ)能系統(tǒng)，鏡場(chǎng)采光面積54.27萬(wàn)平方米，設(shè)計(jì)年發(fā)電量1.46億kWh，每年可節(jié)約4.6萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤，同時(shí)減排二氧化碳?xì)怏w約12.1萬(wàn)噸，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。
電站采用浙江可勝技術(shù)股份有限公司自主研發(fā)并完全擁有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的塔式熔鹽光熱發(fā)電核心技術(shù)，95%以上的設(shè)備實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化。電站運(yùn)行表現(xiàn)已通過(guò)德國(guó)獨(dú)立工程咨詢公司Fichtner的完整技術(shù)評(píng)估，認(rèn)定其技術(shù)已達(dá)到全球同類電站最先進(jìn)水平。
原標(biāo)題：全國(guó)首個(gè)！光熱新突破背后！
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