AT411369B - Verfahren zur herstellung einer wasserkraftanlage - Google Patents

Description

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   Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Einrichtung zur Gewinnung elektrischer Energie aus Wasserkraft, sowie auf ein Verfahren zum Umbau einer Stauanlage, insbesondere einer Wehranlage. 



   Die Herstellung von Wasserkraftwerken ist im Vergleich zur Herstellung anderer Kraftwerke, wie Erdgas, Kohle etc., mit einem hohen Aufwand an Bauarbeiten verbunden, z. B. der Herstellung eines Staudammes, einer Druckrohrleitung, eines Krafthauses etc., wodurch die Gewinnungskos- ten für Energie vergleichsweise höher sind bzw. die Amortisationszeit der Investition demnach erheblich steigt. Weiters bedeutet ein solches Kraftwerk einen nicht unbeachtlichen Eingriff in die Ökologie des Wasserweges. Daher ist, soweit andere Energiequellen verfügbar sind, die Wasser- kraft aus wirtschaftlichen und ökologischen Gesichtspunkten in vielen Fällen, insbesondere für grosse Leistungen, schwer vertretbar. 



   Einen anderen Weg verfolgt die WO 89/00646 A1, in der eine Methode zur Herstellung eines Wasserkraftwerkes an einer bestehenden Stauanlage beschrieben wird. Dabei wird ein Teil eines Moduls zur Erzeugung elektrischer Energie an einem entfernten Herstellungsort gefertigt, zum Einsatzort transportiert und vor Ort fertiggestellt, indem die notwendigen hydraulischen Maschinen montiert werden. Bei diesem Verfahren müssen vor Ort also noch aufwendige Montagearbeiten durchgeführt werden, wozu auch die entsprechenden Werkzeuge, Hilfseinrichtungen und Arbeits- kräfte vorhanden sein müssen. 



   Die vorliegende Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur Herstellung einer Einrichtung zur Gewinnung elektrischer Energie zu schaffen, welches im Vergleich zu her- kömmlichen Kraftwerken kostengünstiger, sowie aus ökologischen Gesichtspunkten vertretbar ist und insbesondere im Vergleich zu anderen Energiequellen konkurrenzfähig ist. Weiters hat die vorliegende Erfindung die Aufgabe, ein neuartiges Verfahren zum Umbau einer Stauanlage anzu- geben, welches den obigen Forderungen gerecht wird. 



   Erfindungsgemäss werden bei einem Verfahren zur Herstellung einer Einrichtung zur Gewin- nung elektrischer Energie aus Wasserkraft folgende Schritte ausgeführt: Herstellen von zumindest zwei Turbinen-Generatoreinheiten, bestehend aus einer Turbine und einem damit verbundenen Generator, Verbinden von zumindest zwei Turbinen-Generatoreinheiten miteinander zu zumindest einem Modul, Transportieren zumindest eines Moduls mittels eines Transportmittels, vorzugsweise ein Wasserfahrzeug, von dem Herstellungsort über eine Entfernung zu dem Einsatzort und Heben des zumindest einen Moduls am Einsatzort mittels einer Hebevorrichtung von dem Transportmittel und Positionieren in eine für dessen Betrieb vorgesehenen Position. 



   Bei dem erfindungsgemässen Verfahren zum Umbau einer Stauanlage, insbesondere einer    Wehranlage, werden folgendes Schritte ausgeführt : einer bestehenden Stauanlage mit   einem Ober- und Unterwasserspiegel, sowie mit zumindest zwei ortsfesten Strukturen, insbeson- dere Pfeiler, und mit zwischen den ortsfesten Strukturen angeordneten bewegbaren Strukturen zur Regelung der Pegelhöhe, z. B.

   Schütz oder Klappe, Herstellen von zumindest zwei Turbinen- Generatoreinheiten, bestehend aus einer Turbine und einem damit verbundenen Generator, Ver- binden von zumindest zwei Turbinen-Generatoreinheiten miteinander zu zumindest einem Modul, Transportieren zumindest eines Moduls mittels eines Transportmittels, vorzugsweise ein Wasser- fahrzeug, von dem Herstellungsort über eine Entfernung zu dem Einsatzort und Heben des zumin- dest einen Moduls am Einsatzort mittels einer an der Stauanlage vorgesehenen Hebevorrichtung von dem Transportmittel und Positionieren in eine für dessen Betrieb vorgesehenen Position zwischen zwei ortsfesten Strukturen, wobei das Modul in seiner Betriebsposition anstelle oder zusätzlich zu der bewegbaren Struktur zur Gewinnung elektrischer Energie eingesetzt wird. 



   Durch die Möglichkeit einer Vorabfertigung von Turbinen-Generatoreinheiten und deren Verbin- dung zu einem Modul in einer entfernten Position, z. B. einer Schiffswerft, können die Energiege- winnungseinheiten vergleichsweise kostengünstig hergestellt und bereits vorab getestet werden, sodass an der Anlage ein wesentlich rascherer Einbau und eine rasche Inbetriebnahme möglich ist. Weiters ergibt sich erfindungsgemäss die Möglichkeit des Transports mittels eines Schiffes, welcher für die in Flusskraftwerken verwendeten grossen elektromechanischen Einheiten wesent- lich kostengünstiger und rascher erfolgen kann.

   Ebenso kann die Positionierung und Endmontage der elektromechanischen Einheiten mittels eines Krans durchgeführt werden, welche an Stauanla- gen ohnedies für andere Zwecke bereits vorhanden ist, sodass auf den Einsatz der üblichen Bau- kräne verzichtet werden kann. Besonders vorteilhaft ist die vorliegende Erfindung beim Einsatz in 

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 einer bestehenden Stauanlage, die zwar für andere Zwecke als zur Energieerzeugung gebaut wurde, aber anhand des erfindungsgemässen Verfahrens auf eine Anlage zur Energiegewinnung umgebaut werden kann, da für diesen Anwendungsfall die Baukosten, etwa für den Bau des Kraft- hauses gänzlich entfallen.

   In Verbindung mit der besonderen modularen Gestaltung der elektrome- chanischen Einheiten ist es anhand des erfindungsgemässen Verfahrens nun möglich, eine an sich in hohem Masse umweltfreundliche Technologie, wie die Wasserkraft, und zwar auch ohne weiteren Eingriff in die Ökologie, unter wirtschaftlich attraktiven Rahmenbedingungen zur Gewinnung von Energie einzusetzen. Der Umbau kann dabei vorteilhaft als technische Massnahme zur Reduktion von Treibhausgasen herangezogen werden. 



   Für einen Umbau eignet sich beispielsweise eine Stauanlage zur Schiffbarmachung eines Wasserweges, eine Stauanlage zur Regelung des Pegels oder der Durchflussmenge, insbesonde- re zum Schutz vor Hochwasser, oder eine Stauanlage als Reservoir zur Bewässerung oder als Trinkwasserreservoir. 



   Weitere vorteilhafte Varianten und Ergänzungen des erfindungsgemässen Verfahrens ergeben sich aus den abhängigen Unteransprüchen. 



   Zusätzliche Details und Vorteile des erfindungsgemässen Verfahrens ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines nicht einschränkenden Ausführungsbeispiels, bei welchem auf die beiliegende Figuren Bezug genommen wird. 



   Die vorliegende Erfindung wird anhand der schematischen, nicht einschränkenden Fig. 1 bis 5 näher erläutert. Die Fig. 1 bis 5 zeigen dabei beispielhaft den Ablauf des erfindungsgemässen Verfahrens zur Herstellung einer Einrichtung zur Gewinnung elektrischer Energie aus Wasserkraft. 



   In der Fig. 1 befindet sich das Modul 1 am Transportmittel, hier ein Schiff 3, an einem Herstel- lungsort in einer Schiffswerft, der nicht dem zukünftigen Einsatzort entspricht. An diesem Herstel- lungsort werden, vorzugsweise direkt am Schiff 3, mehrere Turbinen-Generatoreinheiten 2 mitein- ander zu einem Modul 1 zur Gewinnung elektrischer Energie verbunden. 



   Bei Bedarf können am selben Schiff 3 oder einem anderen Schiff selbstverständlich auch meh- rere Module 1, bestehend aus Turbinen-Generatoreinheiten 2, zusammengebaut werden. 



   Die Saugrohre der Turbinen-Generatoreinheiten 2, mit daran angeordneten Saugrohrver- schlüssen 5, sind in diesem Beispiel integraler Teil der Stahlkonstruktion des Moduls. Die Saug- rohrverschlüsse 5 können, wie in diesem Beispiel, mehreren Turbinen-Generatoreinheiten 2 zuge- ordnet sein. 



   Weiters werden in diesem vom Einsatzort entfernten Herstellungsort gegebenenfalls auch modulfeste elektrische Schaltanlagen 6, wie Steuer- und Regeleinheiten, Leistungsschalter, Kom- pensationseinheiten, etc., in das Modul 1 eingebaut. Diese elektrische Schaltanlagen 6 können jedoch auch an einer beliebigen anderen Stelle montiert werden, z. B. an der Wehranlage 11am Einsatzort, und müssen nicht am Herstellort der Module 1 in die Module 1 integriert werden. 



   Weiters werden die Module 1 im Bereich der Turbinen-Generatoreinheiten 2 an ihrer stromauf- wärts liegenden Breitseite mit einem Rechen 7 versehen, um zu verhindern, dass Treibgut und andere Festteile in die Turbinen-Generatoreinheiten 2 gelangen können, was zu Zerstörung der Turbinen-Generatoreinheiten 2 führen könnte. Um die Reinigung dieser Rechen 7 zu ermöglichen, können auch nicht dargestellte hinlänglich bekannte Rechenreinigungsmaschinen angeordnet werden, die die Reinigung der Rechen 7 im Betrieb automatisch durchführen können. 



   In der Fig. 2 ist ein vollständig montiertes Modul 1 mit einer Vielzahl von Turbinen-Generator- einheiten 2 und dem Rechen 7 gezeigt, das am Ende eines Schiffes 3 bereit für den Transport zum Einsatzort, vorzugsweise in aufrechter Stellung, welche der Betriebsstellung entspricht, angeordnet ist. Der Transport findet dabei vorzugsweise am selben Wasserweg statt, an dem eine bereits bestehende Wehranlage 11angeordnet ist, in die das Modul 1 eingebaut werden soll. 



   Das Modul 1 wurde in diesem Beispiel bereits mit Gleiteinheiten 9, hier Rollenboxen, versehen, mittels denen das Modul 1 in der Wehranlage 11entlang vertikaler Führungen heb- und senkbar ist. Das Modul 1 ist starr mit den Gleiteinheiten 9 verbunden, z. B. verschraubt. 



   Die Fig. 3 zeigt das Schiff 3 mit dem Modul 1, das am Einsatzort, hier eine Wehranlage 11 mit zumindest zwei Pfeilern 12, angekommen ist. Das Schiff 3 wird nun so navigiert, dass das Modul 1, vorzugsweise in Betriebsposition, stromaufwärts zwischen zwei benachbarten Pfeilern 12 der Wehranlage 11zu stehen kommt. In dieser Position wird das Schiff 3 vorzugsweise verankert, um ein sicheres Arbeiten zu gewährleisten. An der Wehranlage 11befindet sich eine Hebevorrichtung 

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 4, die mit dem Modul 1 verbunden wird. 



   Die Pfeiler 12 der Wehranlage 11 wurden vorab bereits zur Aufnahme des Moduls 1 vorberei- tet. Dazu wurden an den Pfeilern 12 vertikale Führungen 8 vorgesehen, in denen die Gleiteinheiten 9, wie z. B. eine Rollenbox, beweglich geführt werden können. Bei vielen bereits bestehenden Stauanlagen sind solche Führungen 8 bereits vorhanden und können sehr vorteilhaft ohne Ände- rungen als Führungen 8 für die Gleiteinheiten 9 verwendet werden. 



   Die Hebeeinrichtung 4 hebt nun das Modul 1 vom Schiff 3 und bringt das Modul 1 in eine Posi- tion, in der die Gleiteinheiten 9 des Moduls 1 zu beiden Seiten des Moduls 1 in die Führungen eingefügt werden. Die Führungen 8 und die Gleiteinheiten 9 können selbstverständlich auch so ausgeführt werden, dass zum Einfügen keine Hebeeinrichtung 4 erforderlich ist. Das Schiff 3 entfernt sich nun wieder von der Wehranlage 11und gibt den Wasserweg zum Absenken des Moduls 1 frei. 



   In diesem Beispiel wurden die Gleiteinheiten 9 bereits vorab am Modul 1 montiert und das Modul 1 wird beim Einsetzen des Moduls 1 in die Wehranlage 11 über die Gleiteinheiten 9 mit dieser beweglich verbunden. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Gleiteinheiten 9 bereits vorab in die Führungen 8 eingesetzt werden und der Modul 1 am Einsatzort nur mehr in eine Position zwischen die Pfeiler 12 zum Verbinden des Moduls 1 mit den Gleiteinheiten 9 gehoben wird, in der dann eine starre Verbindung, z. B. durch Verschraubung, zwischen Modul 1 und Gleiteinheiten hergestellt wird. 



   In der Fig. 4 wurde das Modul 1 mit den Gleiteinheiten 9, hier eine Rollenbox, bereits in die Führungen 8 eingehängt und befindet sich in einer oberen Hebeposition. Der Zwischenraum zwi- schen Modul 1 und Führung 8 bzw. Gleiteinheiten 9 wird nun auch noch gegen Durchströmen von Wasser abgedichtet, um die Energie des Wassers vollständig ausnutzen zu können. 



   Die nunmehr fertig montierten Module 1 können nun in eine Betriebsposition, also eine Positi- on, in der die Turbinen-Generatoreinheiten 2 unterhalb der Wasseroberfläche angeordnet sind und von Wasser durchströmt werden können, abgesenkt werden. 



   Fig. 5 zeigt eine Wehranlage 11, mit mehreren Pfeilern 12, wobei zwischen zwei benachbarten Pfeilern je ein Modul 1 zur Gewinnung elektrischer Energie angeordnet ist. Die Module 1 befinden sich dabei alle in ihrer Betriebsposition. 



   Um die gewonnene elektrische Energie abführen zu können, werden die Module 1 elektrisch, vorzugsweise unter Zwischenschaltung eines Transformators, mit einem Energieversorgungsnetz 10 verbunden. Die gewonnene elektrische Energie wird somit direkt in ein Energieversorgungsnetz 10 eingespeist. Bestehende Stauanlagen, wie in diesem Beispiel eine Wehranlage 11, können auf diese Art und Weise zusätzlich sinnvoll genutzt werden. Diese Methode stellt somit eine äusserst ökologisch und wirtschaftlich günstige Möglichkeit der Energiegewinnung dar. 



   Bevor das Modul 1 erstmalig in eine Betriebsposition gebracht wird, können natürlich beliebige Test, wie Trocken- und Nasstests oder Belastungstests, durchgeführt werden, um die Funktionali- tät des Moduls 1 sicherstellen zu können. 



   Ausserdem können die Module 1 auch mit einer zentralen Steuereinheit verbunden werden, was eine zentrale Steuerung der Energiegewinnung unter Berücksichtigung anderer Aspekte, wie z. B. vorgegebene minimale oder maximale Pegelstände der Stauanlage, oder Betriebszustände bzw. Pegelstände anderer Kraftwerke, ermöglicht. 



   Auch weitere notwendige Verbindungen zum Modul 1, wie z. B. hydraulische Leitungen, werden in sinnvoller Weise vor der erstmaligen Inbetriebnahme des Moduls 1 vervollständigt. 

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Claims (19)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Herstellung einer Einrichtung zur Gewinnung elektrischer Energie aus Was- serkraft, bei welchem a) an einem entfernten Herstellungsort zumindest zwei Turbinen-Generatoreinheiten (2), bestehend aus einer Turbine und einem damit verbundenen Generator, hergestellt werden, b) an einem entfernten Herstellungsort zumindest zwei Turbinen-Generatoreinheiten (2) miteinander zu zumindest einem Modul (1 ), bestehend aus zumindest zwei Turbinen- <Desc/Clms Page number 4> Generatoreinheiten (2), verbunden werden, c) zumindest ein Modul (1) mittels eines Transportmittels, vorzugsweise ein Wasserfahr- zeug, von dem Herstellungsort über eine Entfernung zu dem Einsatzort transportiert wird und d) das zumindest eine Modul (1 ) am Einsatzort mittels einer Hebevorrichtung (4)

   von dem Transportmittel gehoben und in eine für dessen Betrieb vorgesehenen Position ge- bracht wird.
2. 2. Verfahren zum Umbau einer Stauanlage, insbesondere einer Wehranlage (11), zu einer Einrichtung zur Gewinnung elektrischer Energie, bei welchem a) eine bestehende Stauanlage mit einem Ober- und Unterwasserspiegel, sowie mit zu- mindest zwei ortsfesten Strukturen, insbesondere Pfeiler (12), und mit zwischen den ortsfesten Strukturen angeordneten bewegbaren Strukturen zur Regelung der Pegel- höhe, z. B.

   Schütz, Klappe (13), ausgewählt wird, b) an einem entfernten Herstellungsort zumindest zwei Turbinen-Generatoreinheiten (2), bestehend aus einer Turbine und einem damit verbundenen Generator, hergestellt werden, c) an diesem Herstellungsort zumindest zwei Turbinen-Generatoreinheiten (2) miteinan- der zu zumindest einem Modul (1), bestehend aus zumindest zwei Turbinen-Genera- toreinheiten (2), verbunden werden, d) zumindest ein Modul (1) mittels eines Transportmittels, vorzugsweise ein Wasserfahr- zeug, von dem Herstellungsort über eine Entfernung zu der Stauanlage transportiert wird und e) das zumindest eine Modul (1) am Einsatzort mittels einer an der Stauanlage vorgese- henen Hebevorrichtung (4) von dem Transportmittel gehoben und in eine für dessen Betrieb vorgesehenen Position zwischen zwei ortsfesten Strukturen gebracht wird, wobei das Modul (1)

   zur Erzeugung elektrischer Energie in seiner Betriebsposition an- stelle oder zusätzlich zu der bewegbaren Struktur eingesetzt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt b) beim Herstellungsverfahren bzw. der Schritt c) beim Umbauverfahren der Herstellung des Mo- duls (1) die Herstellung von Saugrohren mit gegebenenfalls daran angeordneten Saug- rohrverschlüssen (5) umfasst.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt b) beim Herstellungsverfahren bzw. der Schritt c) beim Umbauverfahren der Herstellung des Moduls (1) den Einbau von modulfesten elektrischen Schaltanlagen (6), z. B. ein Leis- tungsschalter, umfasst.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in oder an der Stauanlage elektrische Schaltanlagen (6), z. B. ein Leistungsschalter, eingebaut wer- den, die nach dem Schritt c) oder d) beim Herstellungsverfahren bzw. dem Schritt d) oder e) beim Umbauverfahren mit dem Modul (1) verbunden werden.
6. 6. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach Aus- führen des Schrittes b) beim Herstellungsverfahren bzw. des Schrittes c) beim Umbauver- fahren das zumindest eine Modul (1) getestet und danach Schritt c) bzw. Schritt d) ausge- führt wird.
7. 7. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zu- mindest eine Modul (1 ) in einer aufrechten Stellung transportiert wird, welche dessen Be- triebsstellung entspricht.
8. 8. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Ein- satzort vorab vertikale Führungen (8) vorgesehen werden, in welchen das Modul (1) einge- setzt bzw. gehoben und gesenkt werden kann.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach Ausführen des Schrit- tes b) oder c) beim Herstellungsverfahren bzw. des Schrittes c) oder d) beim Umbauver- fahren seitlich an dem Modul (1) Gleiteinheiten (9), wie z.B. Rollenboxen oder Gleitschüt- ze, angeordnet werden, mittels welchen das Modul (1) zum Heben und Senken entlang der Führungen (8) geführt werden kann.
10. 10. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach Ausführen des <Desc/Clms Page number 5> Schrittes b) oder d) beim Herstellungsverfahren bzw. des Schrittes c) oder e) beim Umbau- verfahren der Zwischenraum zwischen Modul (1) und Führungen (8) bzw. Gleiteinheiten (9) gegen Durchströmen von Wasser gedichtet wird.
11. 11. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Trans- portmittel ein Wasserfahrzeug, vorzugsweise ein Schiff (3), verwendet wird.
12. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass vor Ausführen des Schrit- tes d) beim Herstellungsverfahren bzw. des Schrittes e) beim Umbauverfahren das Was- serfahrzeug stromauf des Einsatzortes positioniert und fixiert wird.
13. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass vor Ausführen des Schrittes d) beim Herstellungsverfahren bzw. des Schrittes e) beim Umbau- verfahren das zumindest eine Modul (1) mit seiner Durchströmrichtung in eine Stellung parallel zur Betriebsposition ausgerichtet wird.
14. 14. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Aus- führen des Schrittes d) beim Herstellungsverfahren bzw. des Schrittes e) beim Umbauver- fahren als Hebevorrichtung (4) die für den Betrieb des Moduls (1), bei welchem das Modul (1 ) gehoben und gesenkt wird, verwendete Hebevorrichtung (4) eingesetzt wird.
15. 15. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach Aus- führen des Schrittes d) beim Herstellungsverfahren bzw. des Schrittes e) beim Umbauver- fahren eine elektrische Verbindung des zumindest einen Moduls (1) mit einem Energiever- sorgungsnetz (10), vorzugsweise unter Zwischenschaltung eines Transformators, herge- stellt wird.
16. 16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass nach Ausführen des Schrit- tes d) beim Herstellungsverfahren bzw. des Schrittes e) beim Umbauverfahren zusätzlich eine elektrische Verbindung des zumindest einen Moduls (1) mit einer zentralen Steuer- einheit für alle Module (1) eines oder mehrerer Energieerzeugungseinrichtungen herge- stellt wird.
17. 17. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach Aus- führen des Schrittes d) beim Herstellungsverfahren bzw. des Schrittes e) beim Umbauver- fahren hydraulische Leitungen des zumindest einen Moduls (1) vervollständigt und mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt werden.
18. 18. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach Aus- führen des Schrittes d) beim Herstellungsverfahren bzw. des Schrittes e) beim Umbauver- fahren ein Trockentest des installierten zumindest einen Moduls (1) durchgeführt wird, bei welchen sich das Modul (1 ) oberhalb des Wasserpegels befindet.
19. 19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass nach Ausführen des Trockentests des installierten Moduls (1) ein Nasstest durchgeführt wird, bei welchem sich das Modul (1) zumindest teilweise unterhalb des Wasserpegels befindet und zumindest ei- ne Turbinen-Generatoreinheit (2) mit Wasser durchströmt wird.

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