能源行業(yè)是實現(xiàn)“碳達峰”“碳中和”目標的重點領域和關鍵環(huán)節(jié)。“雙碳”目標下，電力系統(tǒng)面臨哪些挑戰(zhàn)?如何有效應對這些風險挑戰(zhàn)，實現(xiàn)能源電力的轉(zhuǎn)型升級?本期“權(quán)威訪談”中，國網(wǎng)經(jīng)濟技術研究院院長潘爾生將與大家分享他對于“雙碳”目標下構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的思考。
■ “碳達峰”“碳中和”是一場廣泛而深刻的經(jīng)濟社會系統(tǒng)性變革
■ 要加快構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，為實現(xiàn)“碳達峰”“碳中和”目標貢獻力量
實現(xiàn)“碳達峰”“碳中和”目標，我國電力系統(tǒng)面臨哪些挑戰(zhàn)?
潘爾生：實現(xiàn)“雙碳”目標，必將伴隨著強隨機性、波動性的新能源大規(guī)模并網(wǎng)以及電動汽車、分布式電源等交互式設備大量接入。屆時，電力系統(tǒng)將呈現(xiàn)高比例新能源、高比例電力電子化的“雙高”特點，那么電力系統(tǒng)在供需平衡、系統(tǒng)調(diào)節(jié)、穩(wěn)定特性、配網(wǎng)運行、控制保護和建設成本等方面都將發(fā)生顯著變化，也將面臨一系列新的挑戰(zhàn)。
一、供電保障難度更高
未來高比例新能源電力系統(tǒng)的供電保障難度會更高。這主要是由于新能源的頂峰能力嚴重不足，且出力受天氣影響較大。現(xiàn)階段電力負荷呈現(xiàn)午、晚高峰的雙峰特點。然而，風電大發(fā)一般是在后半夜，在兩個負荷高峰出力較低;光伏雖然在午高峰能夠起到較好的支撐作用，但是在晚高峰出力基本為零。
二、調(diào)節(jié)壓力持續(xù)增大
負荷“尖峰化”特性顯著，呈現(xiàn)負荷夏、冬季較高，春、秋季較低的“兩峰兩谷”特點，各區(qū)域電網(wǎng)95%以上最大負荷持續(xù)時間普遍低于60小時、對應用電量不足全年用電量的0.5%;新能源出力波動性強，從年分布看，風電電量集中在春、秋兩季，與用電量呈逆向分布特點;從日波動特性看，目前國網(wǎng)經(jīng)營區(qū)域風電裝機1.7億千瓦，日最大波動率約為23%;光伏裝機1.8億千瓦，日最大波動率約為54%。
三、電網(wǎng)穩(wěn)定特性發(fā)生重大變化
新能源機組無轉(zhuǎn)動慣量。新能源大量替代常規(guī)機組，系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)能力顯著下降， 在損失功率后頻率跌落速度更快、深度更大。新能源、常規(guī)直流無功支撐能力弱。新能源、常規(guī)直流難以向系統(tǒng)提供無功支撐，且新能源主要接入低電壓等級電網(wǎng)，與主網(wǎng)的電氣距離是常規(guī)機組的2~3倍，大規(guī)模接入后系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)能力顯著下降。
四、配電網(wǎng)運行控制更加復雜
首先，配電網(wǎng)發(fā)展形態(tài)將發(fā)生較大變化。隨著越來越多的新能源接入配電網(wǎng)就地消納，配電網(wǎng)將逐步演化為有源供電網(wǎng)絡，這也使得配電網(wǎng)電力電子化程度和網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)復雜度大大增加，進而加大了配電網(wǎng)運行控制的難度。其次，隨著“雙碳”目標的持續(xù)推進，配電主體將更加復雜多元，能源流向更加多樣，因而配電網(wǎng)運行靈活性也將面臨極大考驗。
五、二次系統(tǒng)的特性發(fā)生顯著變化
調(diào)度自動化要求更高。為實現(xiàn)清潔低碳發(fā)展目標，需要實時統(tǒng)籌調(diào)度全系統(tǒng)資源，建立源網(wǎng)荷儲協(xié)同互動機制，發(fā)展電力市場技術支撐手段，滿足對調(diào)度的合規(guī)性、精細化程度、信息透明度的更高要求。繼電保護配置難度更大。隨著電力電子裝置逐步增多、同步機組逐步減少，繼電保護的“四性”(靈敏性、可靠性、速動性、選擇性)難度更大，需要著力避免出現(xiàn)保護誤動、連鎖故障等情況。
六、系統(tǒng)成本不斷攀升
隨著新能源占比快速提高，為消納新能源付出的系統(tǒng)成本將會明顯上升，電力系統(tǒng)源網(wǎng)荷儲各環(huán)節(jié)建設和運營成本都要增加，且新能源發(fā)電成本下降不能完全實現(xiàn)對沖。與此同時，社會各界對于降電價的呼聲和期盼仍然強烈。因此，需要著力疏解供應側(cè)成本上升與需求側(cè)降低用能成本的矛盾，努力實現(xiàn)電力安全、綠色、廉價三者的綜合平衡。
能源電力的清潔低碳轉(zhuǎn)型已成為當今人類社會的普遍共識。有哪些可以從其他國家吸取的經(jīng)驗，以助力我國“雙碳”目標的實現(xiàn)?
潘爾生：這里我想主要談一談德國能源轉(zhuǎn)型的路徑和啟示。德國自上世紀90年代起開始能源轉(zhuǎn)型，逐步削減傳統(tǒng)化石能源裝機，實現(xiàn)清潔能源替代。
一、德國能源轉(zhuǎn)型歷程和主要特點
1、清潔能源裝機跨越式增長，“清潔”發(fā)電量占比高。德國清潔能源裝機總量由1990年的400萬千瓦快速增長至2019年的1.24億千瓦、發(fā)電量占比超過40%。新能源裝機及發(fā)電量占比分別達到52%、30%。
2、碳排放總量穩(wěn)步下降，電力行業(yè)貢獻突出。2019年德國碳排放總量為8.05億噸，較1990年的12.4億噸減少約35%，能源轉(zhuǎn)型以來碳減排成效顯著。電力行業(yè)在能源轉(zhuǎn)型中起到至關重要的推動作用，近十年電力行業(yè)減排1.14億噸，貢獻率超過80%。
3、能源消費總量已達峰值平臺，人均能源消費逐步回落。在經(jīng)歷了早期經(jīng)濟快速發(fā)展之后，德國能源消費總量在上世紀80年代初期達到頂峰，隨后四十年間消費總量保持穩(wěn)定， 呈緩慢下降趨勢。人均能源消費量先增后減，已逐步回落至德國上世紀70年代水平。
二、德國推動能源轉(zhuǎn)型的舉措
1、在政策法規(guī)方面，強化政策支持引導，建立健全法規(guī)制度。1990年至今，德國先后出臺并多次修改了《電力入網(wǎng)法》和《可再生能源法》，逐步由政府引導、政策支持轉(zhuǎn)向開放市場競售體系，與時俱進的政策調(diào)整成為了推動能源轉(zhuǎn)型的重要基礎。疏導新能源補貼成本，建立價格附加機制。德國《可再生能源法》明確規(guī)定新能源補貼費用主要由用戶承擔。2020年，德國居民電價折合人民幣2.4元/度，已經(jīng)達到歐洲最高水平，且仍呈上漲趨勢。德國居民電價中僅可再生能源附加費就高達0.53元/度(同時期我國居民用電平均電價僅約0.5元/度)。構(gòu)建轉(zhuǎn)型框架，明確量化目標。德國能源轉(zhuǎn)型以氣候保護、退出核能、保障供能安全和提高競爭力為政策目標，核心戰(zhàn)略是發(fā)展可再生能源、減少一次能源能耗并提高能效，在電力、建筑、交通等領域明確了具體的調(diào)控目標。
2、在電源側(cè)方面，優(yōu)化調(diào)整電源結(jié)構(gòu)，實施火電機組靈活性改造。嚴控新增火電項目，淘汰調(diào)節(jié)能力差的老舊機組，為可再生能源發(fā)展騰出空間;通過降低煤電機組的最小出力、提高爬坡速率、縮短啟停時間以及對熱電聯(lián)產(chǎn)機組實施熱電解耦等方式提升火電機組調(diào)峰能力。大力推廣儲能應用。推廣屋頂光伏配套儲能電池應用，提高用戶自用率。推進大型儲能商業(yè)化應用，平衡風電和光伏出力波動，穩(wěn)定電網(wǎng)頻率，并提供調(diào)峰調(diào)頻、電壓支撐等輔助服務，支撐電力系統(tǒng)以新能源為主體向用戶供電。
3、在電網(wǎng)側(cè)方面，加強電網(wǎng)互聯(lián)，提高可再生能源大范圍優(yōu)化配置能力。德國目前通過32回線路與周邊法國、荷蘭、丹麥等9國互聯(lián)，規(guī)劃新增10回跨國互聯(lián)線路。歐洲大陸同步電網(wǎng)和靈活高效的電力交易機制為德國新能源機組大規(guī)模接入和可靠運行提供重要支撐。建設遠距離輸電通道，滿足海上風電開發(fā)外送。德國北部海域風電資源豐富，規(guī)劃裝機2470萬千瓦，截至2019年底已建成734萬千瓦。通過積極推進遠距離、大容量輸電通道建設，實現(xiàn)北部清潔電力送往南部負荷中心地區(qū)。
4、在負荷側(cè)方面，全面推進電能替代，完善需求側(cè)響應機制。通過發(fā)展分布式電采暖、電動汽車、蓄冷蓄熱技術等方式，提高電能在終端能源消費中的比重，通過小型工業(yè)用戶集成分布式新能源、儲能和用戶動態(tài)實時信息平臺，打造“虛擬電廠”集中參與需求側(cè)響應，大型高耗能企業(yè)獨立參與需求側(cè)響應。
5、在電力市場方面，積極參與歐盟統(tǒng)一電力市場，實現(xiàn)新能源在更大范圍自由優(yōu)化配置。參與歐盟統(tǒng)一電力市場，不干涉自由定價和跨境電力交易。在成熟的電力市場保障下，充分發(fā)揮火電、核電、水電和新能源互補能力。
三、德國能源轉(zhuǎn)型的啟示與借鑒
總體來看，德國能源轉(zhuǎn)型有很多舉措，成效也十分顯著。我們應該結(jié)合自身國情，有選擇地加以學習和借鑒。
1、科學推動電力系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展。持續(xù)調(diào)整優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)，推動靈活性改造，增強電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力。加強電網(wǎng)互聯(lián)、提升大容量遠距離輸電能力。堅持輸配電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，為能源資源優(yōu)化配置提供可靠平臺。大力發(fā)展儲能技術，促進新能源的友好利用。
2、廣泛發(fā)揮全社會力量促進能源轉(zhuǎn)型。健全和完善電力市場機制，促進資源的流通和優(yōu)化配置。采用征收附加稅費等方式，合理分攤能源轉(zhuǎn)型中的電價成本。提升需求側(cè)響應水平，大力推動電能替代。
能否請您結(jié)合我國電力系統(tǒng)的發(fā)展特點，重點闡述如何構(gòu)建適應“雙碳”目標的新型電力系統(tǒng)?
潘爾生：面對新問題、新挑戰(zhàn)，構(gòu)建新型電力系統(tǒng)需要重點在增調(diào)節(jié)、優(yōu)電網(wǎng)、強技術、建機制四個方面下功夫，在實現(xiàn)清潔低碳的同時，做到安全可控、靈活高效、開放互動、智能友好。
一、增調(diào)節(jié)——多措并舉提升各環(huán)節(jié)靈活性，著力增強調(diào)節(jié)能力
1、積極推動煤電靈活性改造。煤電仍是我國電力系統(tǒng)最重要的靈活性資源供應主體，改造成本相對較低，能夠釋放大規(guī)模存量調(diào)節(jié)能力。
2、大力發(fā)展抽水蓄能電站。抽蓄電站是目前最為成熟的儲能設施，技術經(jīng)濟性好，但建設周期長。要加快推進抽蓄電站建設，同時加大規(guī)劃選點力度、提前布局，為提升系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力、消納更多新能源做好準備。
3、積極發(fā)展“新能源+調(diào)節(jié)性電源”模式。鼓勵存量和增量新能源打捆配置一定規(guī)模的煤電、水電、儲能等調(diào)節(jié)性電源，平抑新能源出力的波動性，提高電源側(cè)出力的可靠性和穩(wěn)定性。
4、推動新能源向支撐電網(wǎng)轉(zhuǎn)變。需要通過技術改造、配置儲能等一系列措施，逐步使新能源為電網(wǎng)提供慣量、阻尼等主動支撐，具備調(diào)頻、調(diào)峰、調(diào)壓、黑啟動等功能，讓新能源接近“常規(guī)電源”，在承擔系統(tǒng)調(diào)節(jié)作用、支撐電網(wǎng)安全運行上發(fā)揮主體作用。
5、煤電要充分發(fā)揮托底保障作用，用好存量、嚴控增量。煤電是保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定和電力實時平衡的重要電源，要推動煤電更好發(fā)揮應急備用和調(diào)節(jié)性作用，對新增煤電項目要嚴格控制，對存量機組要積極推進技術改造，提高利用效能。
二、優(yōu)電網(wǎng)——優(yōu)化完善各級各類網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，著力打造資源配置平臺
1、建設堅強智能電網(wǎng)。加大清潔電力外送消納力度?？茖W規(guī)劃布局一批跨區(qū)直流輸送通道;在部分地區(qū)適時進行電網(wǎng)優(yōu)化升級，滿足清潔能源外送需求。提升輸電通道清潔能源比例。不斷壓縮配套電源中化石能源裝機，努力擴大水電、新能源外送電力規(guī)模;推動直流送端風光火儲一體化發(fā)展，提升輸電通道清潔電量占比。加強完善區(qū)域交流電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。進一步擴展和完善區(qū)域主網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，加強省間電網(wǎng)聯(lián)絡，支撐跨區(qū)直流安全、高效運行。推動電網(wǎng)規(guī)劃理念由確定性向概率性轉(zhuǎn)變。電網(wǎng)規(guī)劃需要考慮新能源帶來的隨機性，從傳統(tǒng)的確定性規(guī)劃向概率性規(guī)劃轉(zhuǎn)型，有效平衡安全與成本的關系，分析研究最優(yōu)的電網(wǎng)規(guī)劃方案。大力推進電網(wǎng)節(jié)能降損。加大老舊高損配變改造力度，降低電網(wǎng)損耗;推進同期線損管理，強化節(jié)能調(diào)度，優(yōu)化無功配置，加強諧波治理;通過需求側(cè)管理激發(fā)用戶響應潛能。
2、支持分布式電源和微電網(wǎng)發(fā)展。分布式電源是傳統(tǒng)發(fā)電形式的重要補充。在“雙碳”目標激勵下，分布式電源將迎來快速增長階段，但受到風光資源、建設條件等因素限制，分布式電源能量密度低，還需要與集中式電源共同發(fā)展。推進分布式電源就地就近接入。按照“能并盡并”的原則，大力推廣應用分布式電源并網(wǎng)典型設計，推動實現(xiàn)各類分布式電源靈活并網(wǎng)和消納。依托微電網(wǎng)實現(xiàn)分布式電源友好接入。微電網(wǎng)作為相對獨立的系統(tǒng)，能夠通過源網(wǎng)荷儲智能互動平抑分布式電源出力波動，有利于分布式電源的友好接入和就地消納。因地制宜確定微電網(wǎng)應用場景。微電網(wǎng)建設應緊密結(jié)合當?shù)刭Y源稟賦和供用電情況，兼顧技術指標與投資效益，統(tǒng)籌考慮建設運行方式，使其具有更強的生命力和可持續(xù)發(fā)展能力。推動微電網(wǎng)向更深層次發(fā)展。微電網(wǎng)未來仍有很大發(fā)展?jié)摿?，需要進一步推動微電網(wǎng)更加靈活和多元化發(fā)展，更好發(fā)揮對分布式電源的支撐作用。
3、構(gòu)建新型電力系統(tǒng)運行控制體系。全方位提升新型電力系統(tǒng)負荷調(diào)度能力。構(gòu)建源荷雙向互動支撐平臺，助力系統(tǒng)具備更強的調(diào)節(jié)能力。建設新一代調(diào)度控制系統(tǒng)。全面提升電網(wǎng)調(diào)度的數(shù)字化、自動化和智能化水平，支撐大電網(wǎng)安全運行、清潔能源消納、源網(wǎng)荷儲協(xié)同互動和電力市場化運營需求。全面提升新型電力系統(tǒng)故障機理認知能力與故障識別處理能力。探索高比例新能源、高比例電力電子裝備接入后的電網(wǎng)故障機理，構(gòu)建快速高可靠性保護，保障“雙高”電力系統(tǒng)運行安全。構(gòu)建新型電力系統(tǒng)綜合故障防御體系。以傳統(tǒng)電力系統(tǒng)三道防線為基礎，通過提升第一道防線、加強第二道防線和拓展第三道防線，以適應大規(guī)模新能源集中接入和特高壓直流大規(guī)模外送的電力系統(tǒng)新形態(tài)，形成基于廣域信息、多時間尺度信息協(xié)同的新型電力系統(tǒng)綜合故障防御體系。
三、強技術——加快新技術攻關和推廣應用，著力強化科技支撐
1、在電源側(cè)方面。新能源功率預測技術。高精度的風電、光伏功率預測是提高新能源消納利用水平和保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的重要技術手段。虛擬同步發(fā)電機。通過采用虛擬同步機技術使新能源具備與同步發(fā)電機相似的外特性，為系統(tǒng)提供調(diào)頻和調(diào)壓支撐，逐步將新能源轉(zhuǎn)化為可控電源。碳捕集、利用與封存技術(CCUS)?；痣姀S通過配備CCUS裝置，實現(xiàn)碳捕集之后的再利用或永久封存，達到傳統(tǒng)火電機組低碳甚至零碳排放。
2、在電網(wǎng)側(cè)方面。柔性直流輸電。柔性直流輸電技術適用于新能源大規(guī)模集中接入的送端弱系統(tǒng)、無源系統(tǒng)電力外送，以及送端多新能源場站匯集電力、受端多落點直流組網(wǎng)疏散電力。此外，柔性直流還可應用于未來局部地區(qū)直流電網(wǎng)構(gòu)建，促進新能源消納利用。分布式調(diào)相機。分布式調(diào)相機布置在新能源接入近區(qū)，能夠有效抑制新能源暫態(tài)過電壓水平，提高無功電壓支撐能力，避免新能源故障期間出現(xiàn)大規(guī)模脫網(wǎng)。
3、 在負荷側(cè)方面。虛擬電廠。虛擬電廠將分布式電源、可控負荷和分布式儲能有機結(jié)合，通過配套的信息采集與協(xié)調(diào)控制實現(xiàn)對各類分布式資源的有機整合，實現(xiàn)廣域空間多主體的協(xié)調(diào)運行，有效提升分布式資源的可控性。電制氫能及其利用。以氫為能源載體，通過電解制氫、運輸儲存、燃燒發(fā)電，實現(xiàn)“電—氫—電”的循環(huán)利用，貫穿源網(wǎng)荷儲各環(huán)節(jié)。目前電制氫產(chǎn)量和利用水平較低，成本偏高，儲運存在安全風險。未來需要聚焦電解和儲運技術研究，發(fā)揮規(guī)模效應，降低應用成本。
4、在儲能側(cè)方面。儲能作為靈活、快速的電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)資源，可與變電站、新能源場站、新型負荷等聯(lián)合運行，通過充放電控制提升電網(wǎng)承載力與調(diào)節(jié)能力。新型電力系統(tǒng)下應積極探索利用儲能促進新能源電力消納、改善電網(wǎng)運行狀態(tài)、降低網(wǎng)絡損耗等應用模式，提高儲能運行靈活性，發(fā)揮其深度調(diào)節(jié)能力。我國儲能產(chǎn)業(yè)目前以電化學儲能為主，未來應著力圍繞成本、容量、環(huán)保、壽命、安全五個方面，加快攻克高性能材料、新型電解液添加劑、電池循環(huán)利用、能量系統(tǒng)集成與管理等技術難點。
四、建機制——建立健全體制機制推動共同行動，著力凝聚社會合力
1、推動電力系統(tǒng)由“源隨荷動”向“源荷互動”轉(zhuǎn)變。充分挖掘需求側(cè)響應資源。我國工業(yè)大用戶、空調(diào)、電采暖、電動汽車等負荷需求側(cè)響應潛力巨大，政府、電力企業(yè)、用戶等社會各方需要共同行動，精準挖掘需求側(cè)資源。加快全社會節(jié)能提效和單位GDP能耗持續(xù)降低。重點要加快調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，逐步淘汰落后高耗能產(chǎn)業(yè)，推動制造業(yè)向中高端轉(zhuǎn)移，使低能耗經(jīng)濟成為國民經(jīng)濟的主導;提高全社會節(jié)能意識，推廣采用節(jié)能環(huán)保汽車、高效能設備，強化建筑、供暖、家居家電節(jié)能。
2、多措并舉合理疏導系統(tǒng)成本。新能源平價上網(wǎng)不等于平價利用。新能源利用成本包括發(fā)電成本和系統(tǒng)成本兩個部分，其中發(fā)電成本近年來不斷下降，即將進入平價上網(wǎng)的時代;系統(tǒng)成本關注較少，且在不斷增加。系統(tǒng)成本現(xiàn)階段主要由電源、電網(wǎng)等供給側(cè)主體承擔，但最終還需要各相關環(huán)節(jié)合理分擔，以此支撐電力系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。靈活性改造、調(diào)峰運行等成本主要依靠輔助服務市場回收。按照“誰受益、誰負擔”的原則，積極推動新能源、核電、未參與深度調(diào)峰的電廠分擔深度調(diào)峰等輔助服務費用，合理疏導電廠調(diào)峰成本。建立健全電力價格聯(lián)動機制，推動輔助服務費用以合理方式向用戶側(cè)傳導。抽水蓄能電站固定成本需要依靠容量電價機制回收。目前，抽水蓄能難以通過電量進行成本回收，因此需要推動抽水蓄能電站采用兩部制電價，電量電價通過峰谷轉(zhuǎn)化價值回收抽水、發(fā)電等運行成本，容量電價用于回收固定成本，納入輸配電價統(tǒng)一疏導，促進抽水蓄能健康發(fā)展。未來可探索建立容量市場機制。容量市場是激勵保供電源、抽水蓄能電站建設，保障電源投資成本回收的一種有效機制，可以有效平衡保供電要求高與設備利用率低的矛盾。
3、發(fā)揮碳市場作用激發(fā)減排動力。構(gòu)建公平合理的碳市場。需要充分發(fā)揮碳市場作用，合理控制火電機組碳排放配額，通過滾動核定供電基準值，有效激勵火電企業(yè)推動技術革新、努力降低碳排放總量和強度，同時調(diào)控碳交易成本。推動電-碳市場融合發(fā)展。將電力市場和碳市場的交易產(chǎn)品、參與主體、市場機制深度融合，重點在供給和需求兩端推動能源資源、配額交易等成本要素聯(lián)動協(xié)同配置，形成低碳綠色“產(chǎn)品”在各環(huán)節(jié)的市場競爭優(yōu)勢，進一步激發(fā)全社會減排動力。
感謝潘院長今天接受我們的采訪，能否請您最后用一段話對“雙碳” 目標下電力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型升級作一個概括和展望?
潘爾生：“碳達峰”“碳中和”是一場廣泛而深刻的經(jīng)濟社會系統(tǒng)性變革，對于能源電力行業(yè)既是艱巨的挑戰(zhàn)，也是難得的機遇，更是不可推卸的責任。我們要深入貫徹習近平總書記的重要指示精神，加快構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，在電源側(cè)推動清潔化，在電網(wǎng)側(cè)推動智能化，在負荷側(cè)推動源荷互動及多能互補，為實現(xiàn)“碳達峰”“碳中和”目標貢獻力量!
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