盧錕明，趙文發(fā)，黃曉華

（1.中國(guó)電建西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西省西安市 710065；2.中國(guó)電力出版社有限公司，北京市 100005）

0 引言

目前，我國(guó)電源結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化、特高壓智能電網(wǎng)迅速發(fā)展以及電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的保障需求不斷提高，抽水蓄能電站建設(shè)越來(lái)越受到重視，抽水蓄能電站已迎來(lái)快速發(fā)展時(shí)期。根據(jù)《抽水蓄能電站選點(diǎn)規(guī)劃編制規(guī)范》（NB/T 35009—2013）和《抽水蓄能電站設(shè)計(jì)導(dǎo)則》（DL/T 5208—2005），在抽水蓄能電站選點(diǎn)規(guī)劃、設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要考慮電站在電力系統(tǒng)中的作用與效益，不涉及其他綜合利用功能。我國(guó)已、在建抽水蓄能電站功能定位也均以為電網(wǎng)服務(wù)為主，通過(guò)調(diào)峰填谷、調(diào)頻、調(diào)相、緊急事故備用、黑啟動(dòng)等方式保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。在此情況下，抽水蓄能電站的上、下水庫(kù)在確定庫(kù)容時(shí)，通常只需滿足電站的調(diào)峰填谷要求。

隨著人們對(duì)抽水蓄能電站的認(rèn)識(shí)不斷加深，對(duì)抽水蓄能電站綜合利用的要求也逐步提高。特別是在我國(guó)的干旱半干旱地區(qū)，在某些抽水蓄能站點(diǎn)選點(diǎn)時(shí)，隨著規(guī)劃、設(shè)計(jì)工作的不斷深入，對(duì)是否能利用抽水蓄能上、下水庫(kù)開(kāi)展灌溉、供水等綜合利用任務(wù)提出了需求。本文將對(duì)開(kāi)發(fā)建設(shè)綜合利用抽水蓄能電站的一些問(wèn)題作初步探討。

1 抽水蓄能資源屬性潛力分析

抽水蓄能開(kāi)發(fā)利用有四種資源屬性概念：本身的資源屬性、可利用的資源屬性、水庫(kù)資源屬性和站址的資源屬性。

（1）抽水蓄能資源。資源屬性是指抽水蓄能作為一種二次利用資源，或者說(shuō)是一種伴生經(jīng)濟(jì)資源，它消耗能源資源，但卻可以優(yōu)化能源資源的利用，產(chǎn)出更多的系統(tǒng)能源資源利用的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

（2）抽水蓄能可利用資源。與常規(guī)水電站只利用水能資源不同，抽水蓄能電站通過(guò)泵工況利用電能資源，發(fā)電工況利用水能資源，電站既以水為利用資源，又以電力系統(tǒng)各種要求作為可利用資源。也就是說(shuō)，只要發(fā)電與用電存在質(zhì)量差和保證率，就是抽水蓄能可利用的資源[2]。

（3）水庫(kù)資源。抽水蓄能電站開(kāi)發(fā)建設(shè)至少利用兩座水庫(kù)，一座為抽水蓄能電站上水庫(kù)，一座為抽水蓄能電站下水庫(kù)。上、下水庫(kù)聯(lián)合起來(lái)通過(guò)電站的抽水和發(fā)電工況實(shí)現(xiàn)水資源的循環(huán)利用。抽水蓄能的水庫(kù)資源以水為介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了電能的存儲(chǔ)和利用。

（4）抽水蓄能電站站址資源。抽水蓄能電站站址資源是可以人為選擇的，因此抽水蓄能電站站址的資源站點(diǎn)眾多。但好站址資源滿足的條件眾多，一般來(lái)說(shuō)包括地理位置（距離負(fù)荷中心距離）、水頭、地形地質(zhì)、環(huán)境和水庫(kù)淹沒(méi)等方面[7]。同時(shí)，抽水蓄能電站站址選擇還受制于外部環(huán)境因素，沒(méi)有相對(duì)固定的邊界條件。因此，外部環(huán)境的不確定性，導(dǎo)致抽水蓄能電站在主要為電網(wǎng)服務(wù)的同時(shí)，存在其他綜合利用的可能性，為抽水蓄能電站的綜合利用開(kāi)發(fā)提供了機(jī)遇和空間。

從抽水蓄能開(kāi)發(fā)利用自身的四種資源屬性來(lái)說(shuō)，抽水蓄能資源屬性和可利用資源屬性是抽水蓄能電站建設(shè)的基礎(chǔ)，水庫(kù)資源屬性、站址資源屬性以及外部環(huán)境的不確定性從內(nèi)、外兩個(gè)方面為抽水蓄能發(fā)展提供了新的思路，既綜合利用發(fā)展。

2 抽水蓄能電站開(kāi)發(fā)方式

與常規(guī)水電站利用水能資源不同，抽水蓄能電站是一種特殊類型的水電站。按徑流利用與機(jī)組構(gòu)成劃分為純抽水蓄能電站、混合式抽水蓄能電站、調(diào)水式抽水蓄能電站（較少）和地下式抽水蓄能電站（較少）。

（1）純抽水蓄能電站。純抽水蓄能電站的上水庫(kù)沒(méi)有或只有少量的天然徑流來(lái)源，在一個(gè)周期內(nèi)，抽水與發(fā)電的水量在上、下水庫(kù)循環(huán)使用，兩者水量相等，僅需補(bǔ)充蒸發(fā)和滲漏損失，大部分電站補(bǔ)充的水量由下水庫(kù)抽到上水庫(kù)。純抽水蓄能電站示意如圖1所示。

圖1 純抽水蓄能電站示意Fig．1 Schematic diagram of pumped storage power station

（2）混合式抽水蓄能電站。結(jié)合常規(guī)水電站新建、改建或擴(kuò)建，加裝抽水蓄能機(jī)組，既有電網(wǎng)調(diào)節(jié)作用，又有徑流發(fā)電作用，稱之為混合式抽水蓄能電站[3]。與純抽水蓄能電站不同的是，混合式抽水蓄能電站上水庫(kù)有天然徑流的匯入，并且廠房中的機(jī)組包括常規(guī)水輪機(jī)組和可逆式機(jī)組，如我國(guó)的白山抽水蓄能電站等。混合式抽水蓄能電站示意如圖2所示。

（3）調(diào)水式抽水蓄能電站。調(diào)水式抽水蓄能電站從位于一條河流的下水庫(kù)抽水至上水庫(kù)，再由上水庫(kù)向另一條河流的下水庫(kù)放水發(fā)電。這種蓄能電站可將水量從一條河流調(diào)至另一條河流，它的特點(diǎn)是抽水泵站與發(fā)電站分別布置在兩處，上庫(kù)建在分水嶺上，可與調(diào)水工程結(jié)合修建。調(diào)水式抽水蓄能電站受抽水泵站所在河流年內(nèi)徑流分配的影響，枯水期抽水流量及水量不足時(shí)，抽水蓄能電站運(yùn)行方式將受到影響。

圖2 混合式抽水蓄能電站示意Fig．2 Schematic diagram of mixed pumped storage power station

（4）地下式抽水蓄能電站。地下水抽水蓄能電站下水庫(kù)和廠房均位于地下，下水庫(kù)一般利用廢棄的礦井改建而成，上水庫(kù)在地面修建，如美國(guó)新澤西州的霍普山抽水蓄能電站即為地下式抽水蓄能電站。

3 綜合利用抽水蓄能電站開(kāi)發(fā)方式

綜合利用抽水蓄能電站主要是指擔(dān)負(fù)兩種或兩種以上工程任務(wù)的抽水蓄能電站。不同類型抽水蓄能電站，若在抽水蓄能電站規(guī)劃、設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮上、下水庫(kù)承擔(dān)一定的綜合利用任務(wù)，那么該抽水蓄能電站具有綜合利用功能。綜合利用抽水蓄能電站的綜合利用水庫(kù)必須是新建的水庫(kù)，而不是利用已建的綜合利用水庫(kù)。綜合利用任務(wù)主要包括上、下水庫(kù)周邊生態(tài)恢復(fù)（灌溉）、旅游、供水、防洪、水產(chǎn)養(yǎng)殖等，只要承擔(dān)其中一項(xiàng)綜合利用任務(wù)既可稱為綜合利用抽水蓄能電站。

綜合利用抽水蓄能電站按上、下水庫(kù)利用情況可以分為不完全綜合利用抽水蓄能電站、完全綜合利用抽水蓄能電站兩大類。

（1）不完全綜合利用抽水蓄能電站。不完全綜合利用抽水蓄能電站指的是抽水蓄能電站上、下水庫(kù)中其中一庫(kù)具有綜合利用任務(wù)的抽水蓄能電站。如在規(guī)劃、設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮抽水蓄能電站的上水庫(kù)或下水庫(kù)中的一庫(kù)承擔(dān)水庫(kù)周邊生態(tài)恢復(fù)（灌溉）、旅游、供水、防洪、水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合利用任務(wù)，而另一庫(kù)不承擔(dān)綜合利用任務(wù)。

承擔(dān)綜合利用任務(wù)的水庫(kù)（上水庫(kù)或下水庫(kù)中的一庫(kù)），其調(diào)節(jié)庫(kù)容及運(yùn)行方式的確定，除同常規(guī)抽水蓄能電站一樣滿足電力系統(tǒng)調(diào)峰填谷等需要外，還應(yīng)根據(jù)綜合利用任務(wù)要求加大調(diào)節(jié)庫(kù)容，運(yùn)行方式應(yīng)同時(shí)滿足抽水蓄能運(yùn)行及綜合利用要求。

不承擔(dān)綜合利用任務(wù)的水庫(kù)（上水庫(kù)或下水庫(kù)中的一庫(kù)），其調(diào)節(jié)庫(kù)容及運(yùn)行方式的確定，只要滿足電力系統(tǒng)調(diào)峰填谷等需要既可，不需要加大調(diào)節(jié)庫(kù)容。

（2）完全綜合利用抽水蓄能電站。完全綜合利用抽水蓄能電站指的是抽水蓄能電站上、下水庫(kù)都具有綜合利用任務(wù)的抽水蓄能電站，如在規(guī)劃、設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮抽水蓄能電站的上水庫(kù)和下水庫(kù)都承擔(dān)水庫(kù)周邊生態(tài)恢復(fù)（灌溉）、旅游、供水、防洪、水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合利用任務(wù)。上水庫(kù)和下水庫(kù)調(diào)節(jié)庫(kù)容及運(yùn)行方式的確定，除同常規(guī)抽水蓄能電站一樣滿足電力系統(tǒng)調(diào)峰填谷等需要外，還應(yīng)根據(jù)綜合利用任務(wù)要求加大調(diào)節(jié)庫(kù)容，運(yùn)行方式應(yīng)同時(shí)滿足抽水蓄能運(yùn)行及綜合利用要求。

綜合利用抽水蓄能電站開(kāi)發(fā)需具備兩個(gè)條件：第一是抽水蓄能電站的上、下水庫(kù)同時(shí)或其中一庫(kù)具有綜合利用功能；第二是具有綜合利用功能的水庫(kù)必須為新建工程。

綜合利用抽水蓄能電站根據(jù)水庫(kù)與河道間的位置關(guān)系，又可分為河道式綜合利用抽水蓄能電站、河岸式綜合利用抽水蓄能電站和內(nèi)陸式綜合利用抽水蓄能電站等三種開(kāi)發(fā)方式。

（1）河道式綜合利用抽水蓄能電站。河道式綜合利用抽水蓄能電站是指利用河道新建綜合利用抽水蓄能電站下水庫(kù)的方式。河道式綜合利用抽水蓄能電站，可以結(jié)合電站所在建設(shè)區(qū)的要求和工程建設(shè)條件確定綜合開(kāi)發(fā)任務(wù)。如某站點(diǎn)在選點(diǎn)時(shí)，下水庫(kù)位于河道中，結(jié)合河道周圍灌區(qū)灌溉以及城鎮(zhèn)供水等要求，可考慮下水庫(kù)結(jié)合灌溉、城鎮(zhèn)供水等綜合開(kāi)發(fā)任務(wù)進(jìn)行規(guī)劃。

（2）河岸式綜合利用抽水蓄能電站。河岸式綜合利用抽水蓄能電站是指在河道兩岸選擇合適的位置，通過(guò)挖填新建綜合利用抽水蓄能電站下水庫(kù)的方式。河岸式綜合利用抽水蓄能電站的水源仍為引用河道的水，通過(guò)水庫(kù)的調(diào)節(jié)可以滿足河道周圍灌區(qū)灌溉以及城鎮(zhèn)供水等要求。

（3）內(nèi)陸式綜合利用抽水蓄能電站。內(nèi)陸式綜合利用抽水蓄能電站是指在距河道較遠(yuǎn)處新建綜合利用抽水蓄能電站上、下水庫(kù)的方式。內(nèi)陸式綜合利用抽水蓄能電站的水源從河道抽水補(bǔ)給。如我國(guó)西部干旱地區(qū)，植被差，生態(tài)環(huán)境脆弱，某些站點(diǎn)在選點(diǎn)時(shí)，當(dāng)?shù)卣蔡岢隼贸樗钅茈娬旧?、下水?kù)對(duì)所在區(qū)域內(nèi)周邊山區(qū)植被進(jìn)行灌溉，滿足生態(tài)恢復(fù)要求。可以結(jié)合水庫(kù)周邊生態(tài)恢復(fù)（灌溉）及景觀等要求，確定抽水蓄能電站上、下水庫(kù)調(diào)節(jié)庫(kù)容等。

4 綜合利用抽水蓄能電站開(kāi)發(fā)任務(wù)

《水電發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中提出“十三五”期間加快開(kāi)發(fā)建設(shè)抽水蓄能電站，加快開(kāi)工建設(shè)一批距離負(fù)荷中心近、促進(jìn)新能源消納、受電端電源支撐的抽水蓄能電站?？梢钥闯?，目前抽水蓄能的主要開(kāi)發(fā)任務(wù)還是以服務(wù)電力系統(tǒng)為主，基本不涉及其他綜合利用功能。抽水蓄能電站作為資源綜合利用的一種形式，如何更有效地發(fā)揮其綜合利用功能值得思考。抽水蓄能電站的規(guī)劃選點(diǎn)與設(shè)計(jì)工作是前期工作中的一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，它對(duì)工程的設(shè)計(jì)與建設(shè)影響很大[4]，在規(guī)劃選點(diǎn)與設(shè)計(jì)階段，應(yīng)結(jié)合站點(diǎn)實(shí)際情況，貫徹綜合利用原則，確定抽水蓄能電站承擔(dān)的綜合利用任務(wù)。

常規(guī)水電站在規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，往往從工程動(dòng)能設(shè)計(jì)出發(fā)，分析發(fā)電、防洪（澇、凌）、供水、灌溉、航運(yùn)、水產(chǎn)養(yǎng)殖、生態(tài)與環(huán)境等對(duì)電力、水量、電量、水位和用水時(shí)間的要求，按照開(kāi)發(fā)任務(wù)的主次關(guān)系，合理協(xié)調(diào)水資源綜合利用各部門之間的矛盾，盡可能充分發(fā)揮工程的綜合效益。抽水蓄能電站的綜合利用可參照常規(guī)水電綜合利用任務(wù)，初步考慮可按以下開(kāi)發(fā)任務(wù)進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)。

（1）電網(wǎng)調(diào)節(jié)。一方面，電力系統(tǒng)用電結(jié)構(gòu)、負(fù)荷特性及各類電源調(diào)節(jié)特性不盡相同，抽水蓄能電站開(kāi)停機(jī)迅速、運(yùn)行靈活，可以快速反應(yīng)和跟蹤負(fù)荷。這些特點(diǎn)也使其具有調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相、事故備用、旋轉(zhuǎn)備用及黑啟動(dòng)等多種功能[5]。另一方面，風(fēng)、光電出力具有隨機(jī)性、不穩(wěn)定性、間斷性，風(fēng)電還具有反調(diào)峰特性，給電網(wǎng)的運(yùn)行調(diào)峰造成很大壓力。抽水蓄能電站通過(guò)抽水和發(fā)電兩種工況的科學(xué)合理運(yùn)行，能夠顯著提升電網(wǎng)吸納新能源的能力。抽水蓄能電站獨(dú)特的運(yùn)行特點(diǎn)，在保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行、保證電能質(zhì)量、促進(jìn)電力系統(tǒng)節(jié)能等方面發(fā)揮著不可替代的作用[6]，是一個(gè)能夠用于電網(wǎng)管理的工具。

（2）防洪、防凌。抽水蓄能電站作為特殊電站，在其建設(shè)過(guò)程中通常僅考慮廠房、大壩等主要工程的防洪、防凌。但若抽水蓄能站點(diǎn)上、下庫(kù)的選址位于天然河流或湖泊且下游有防護(hù)對(duì)象，此時(shí)，抽水蓄能電站的規(guī)劃設(shè)計(jì)中應(yīng)研究考慮下游防洪、防凌等要求。河道式綜合利用抽水蓄能電站應(yīng)考慮防洪、防凌等任務(wù)。

（3）灌溉、供水。我國(guó)水資源時(shí)空分布不均，東多西少，南多北少[7]。因此，在我國(guó)北方缺水地區(qū)建設(shè)抽水蓄能電站，可以結(jié)合周邊適當(dāng)范圍的供水和灌區(qū)、林地、草場(chǎng)等的灌溉，綜合開(kāi)發(fā)抽水蓄能電站。

（4）景觀及生態(tài)。隨著社會(huì)進(jìn)步，人們對(duì)生活環(huán)境要求不斷提高，抽水蓄能電站可以結(jié)合上、下水庫(kù)建設(shè)水庫(kù)型水利風(fēng)景區(qū)。在抽水蓄能電站工程設(shè)計(jì)及建設(shè)過(guò)程中，應(yīng)滿足景觀及生態(tài)要求。

（5）水產(chǎn)養(yǎng)殖。抽水蓄能電站在開(kāi)發(fā)建設(shè)過(guò)程中還可考慮水產(chǎn)養(yǎng)殖。不同開(kāi)發(fā)形式下，水產(chǎn)養(yǎng)殖任務(wù)也不同，主要為過(guò)魚、養(yǎng)魚和其他養(yǎng)殖業(yè)對(duì)放流量及時(shí)間的要求。

5 綜合利用抽水蓄能電站面臨的挑戰(zhàn)

當(dāng)前，我國(guó)指導(dǎo)抽水蓄能發(fā)展的核心理論是“調(diào)峰填谷”理論，該理論指導(dǎo)我國(guó)抽水蓄能事業(yè)取得今天的輝煌成就。隨著形勢(shì)的發(fā)展和人們對(duì)抽水蓄能電站的認(rèn)識(shí)逐步提高，在滿足電網(wǎng)調(diào)峰填谷、調(diào)頻、調(diào)相、緊急事故備用、黑啟動(dòng)等電網(wǎng)服務(wù)功能的基礎(chǔ)上，結(jié)合項(xiàng)目區(qū)的綜合利用要求和工程建設(shè)條件建設(shè)綜合利用抽水蓄能，可以更好地發(fā)揮水庫(kù)資源的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。但目前規(guī)范中對(duì)抽水蓄能電站綜合利用尚未有明確定位，筆者在此初步對(duì)綜合利用抽水蓄能電站可能面臨的挑戰(zhàn)進(jìn)行分析。

（1）已建綜合利用水庫(kù)的水量統(tǒng)一調(diào)度是水資源可持續(xù)管理的重要內(nèi)容[8]，水庫(kù)來(lái)水應(yīng)充分考慮各項(xiàng)工程任務(wù)，調(diào)度運(yùn)行復(fù)雜。因此原有綜合利用水庫(kù)運(yùn)行調(diào)度是在考慮多種任務(wù)要求下形成的，若在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)建設(shè)抽水蓄能電站，可能打破已有的調(diào)度平衡，或重新對(duì)水庫(kù)運(yùn)行調(diào)度進(jìn)行研究，因此原則上不推薦利用已建綜合利用水庫(kù)開(kāi)發(fā)建設(shè)綜合利用抽水蓄能電站。

（2）在抽水蓄能電站建設(shè)中，利用綜合利用功能水庫(kù)進(jìn)行改建加固作為抽水蓄能電站水庫(kù)的情況比較常見(jiàn)，如廣東清遠(yuǎn)抽水蓄能、瑯琊山抽水蓄能等。由于利用原有電站水庫(kù)是具有綜合利用功能的水庫(kù)，水庫(kù)改建加固后需要保留原水庫(kù)的綜合利用功能，對(duì)電站施工和運(yùn)行管理帶來(lái)諸多干擾與不便，而且原水庫(kù)大壩及防洪設(shè)施等也需考慮是否需要加固，考慮因素較多，關(guān)系復(fù)雜。因此，應(yīng)避免利用原關(guān)系復(fù)雜、功能綜合的水庫(kù)[9]。

（3）開(kāi)發(fā)綜合利用抽水蓄能電站，抽水蓄能電站上、下水庫(kù)在滿足抽水、發(fā)電工況前提下，考慮不同的綜合開(kāi)發(fā)任務(wù)，將增加水庫(kù)建設(shè)規(guī)模，提高電站建設(shè)投資。因此，在開(kāi)發(fā)綜合利用抽水蓄能電站時(shí)應(yīng)考慮增加投資與綜合利用獲得的效益的投入產(chǎn)出情況，對(duì)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行權(quán)衡。

（4）目前，我國(guó)抽水蓄能電站的相關(guān)規(guī)劃及設(shè)計(jì)規(guī)范中，很少提及綜合利用抽水蓄能電站（不是利用已建的綜合利用水庫(kù)），但實(shí)際規(guī)劃設(shè)計(jì)中，某些站點(diǎn)涉及綜合利用要求，因此，需要不斷提高認(rèn)識(shí)，逐步達(dá)成共識(shí)，將綜合利用抽水蓄能電站逐步納入規(guī)劃設(shè)計(jì)過(guò)程中。

（5）我國(guó)大型抽水蓄能電站主要由電網(wǎng)公司負(fù)責(zé)建設(shè)運(yùn)營(yíng)，而綜合利用抽水蓄能電站涉及的綜合利用效益及投資分?jǐn)偟葐?wèn)題，需要進(jìn)一步研究。

（6）抽水蓄能電站站點(diǎn)常規(guī)選點(diǎn)、規(guī)劃、設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)以服務(wù)電網(wǎng)定位為主。對(duì)于綜合利用抽水蓄能站站點(diǎn)的選點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)各站點(diǎn)實(shí)際情況，在服務(wù)電網(wǎng)的基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際需求和建設(shè)條件開(kāi)展論證工作。

6 結(jié)束語(yǔ)

全球很多地區(qū)正在采取多種策略以實(shí)現(xiàn)其抽水蓄能的愿景[10]。通常抽水蓄能電站無(wú)周邊生態(tài)恢復(fù)（灌溉）、旅游、供水、防洪、水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合利用要求，通過(guò)開(kāi)發(fā)建設(shè)綜合利用抽水蓄能電站可以做到一庫(kù)多利、一水多用，充分發(fā)揮綜合效益，以達(dá)到國(guó)民經(jīng)濟(jì)整體利益最大的目標(biāo)。但綜合利用抽水蓄能建設(shè)存在機(jī)遇的同時(shí)，也面臨著眾多挑戰(zhàn)，因此開(kāi)發(fā)綜合利用抽水蓄能電站還需結(jié)合開(kāi)發(fā)任務(wù)、水庫(kù)調(diào)度運(yùn)行、建設(shè)必要性、綜合利用效益及投資分?jǐn)?、?xiàng)目經(jīng)濟(jì)性等因素進(jìn)一步研究。

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