CN109945551B - 一种冷热及电多用型分布式储能系统及其运行方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及分布式能源系统技术领域,特别是一种冷热及电多用型分布式储能系统及其运行方法。本系统包括经管路顺次连接的发电装置、制冷换热装置、蓄冷/蓄热水罐、多级水泵水轮机、第二阀门、高压水罐组件,循环泵经管路连接有制冷换热装置,电用户的一端经电缆线连接有发电装置,电用户的另一端经电缆线连接有多级水泵水轮机,多级水泵水轮机还经电缆线连接有发电装置,冷/热用户经管路连接有制冷换热装置,冷/热用户还经管路连接有蓄冷/蓄热水罐。本系统采用机械储能方式,使用周期延长,一套系统具备储冷/热及电的功能;本发明还提供了一种冷热及电多用型分布式储能系统的运行方法,能够提高系统设备利用率及运行效率。

Description

一种冷热及电多用型分布式储能系统及其运行方法
技术领域
本发明涉及分布式能源系统技术领域,特别是一种冷热及电多用型分布式储能系统及其运行方法。
背景技术
天然气分布式能源系统一般供给商业办公楼、学校、工业园区、酒店、游乐园、海岛系统等,这些系统在白天冷热电负荷较大,夜晚冷热电负荷较低,导致白天系统的运行效率高,夜晚系统的运行效率低或停机,整体利用小时数较低。现有技术中,一般采用加入电池储能装置储电,采用电制冷机、燃气调峰锅炉等系统布置方式,不采用储能装置的系统则采取夜间停机的方式,存在的问题是:1、电池储能装置有充放电次数限制、寿命有限,使用周期一般是四年,经济性较差;2、需要电制冷机、调峰锅炉等冷热调峰机组配置,降低系统整体利用效率;3、分布式能源系统负荷周期性波动,设备利用率低且运行效率低。
发明内容
本发明的目的在于,提供一种冷热及电多用型分布式储能系统,采用机械储电冷热的方式,使用周期延长为20年左右,一套系统同时具备储冷/热及电的功能,有效降低系统投资,提高系统投资经济性;本发明还提供了一种冷热及电多用型分布式储能系统的运行方法,能够解决分布式能源系统负荷周期性波动,提高分布式能源系统设备利用率、运行效率及运行经济性。
为解决上述技术问题,本发明采用如下的技术方案:
一种冷热及电多用型分布式储能系统包括经管路顺次连接的发电装置、制冷换热装置、蓄冷/蓄热水罐、多级水泵水轮机、第二阀门、高压水罐组件,还包括循环泵、电用户、冷/热用户,所述循环泵经管路连接有制冷换热装置,所述电用户的一端经电缆线连接有发电装置,所述电用户的另一端经电缆线连接有多级水泵水轮机,所述多级水泵水轮机还经电缆线连接有发电装置,所述冷/热用户经管路连接有制冷换热装置,所述冷/热用户还经管路连接有蓄冷/蓄热水罐。其中天然气和空气进入发电装置发电,发电装置可以为内燃机、微燃机、燃料电池等装置。高温烟气进入制冷换热装置与循环泵泵入的冷/热媒进水充分换热后,排入大气中。所述制冷换热装置为溴化锂机组,或者烟气源热泵,或者并列布置的溴化锂机组和电制冷机,或者并列布置的烟气源热泵和电制冷机。冷/热媒进水经过制冷换热装置变为T℃(其中夏季为冷媒进水,T一般为6℃-12℃,具体的如用户为数据中心可为12℃,如用户为商业办公楼则为6℃,其他在区间内变化;冬季为热媒进水,T一般为60℃-90℃;)的冷水/热水。其中一部分的冷水/热水直接为冷/热用户供冷/热,另一部分的冷水/热水进入蓄冷/蓄热水罐中存储。本系统中的多级水泵水轮机既具有水泵功能又具有水轮机功能。
前述的冷热及电多用型分布式储能系统还包括控制系统、第一阀门、第三阀门,其中第一阀门设于蓄冷/蓄热水罐与多级水泵水轮机之间的管路上,第三阀门设于第二阀门与高压水罐组件之间的管路上,所述多级水泵水轮机、第二阀门、第一阀门、第三阀门均电性连接于控制系统。在本系统中,控制系统能够控制上述装置的开启与闭合,控制系统所连接的阀门在初始状态下均为闭合状态。其中,第一阀门为截止阀,第二阀门为三通阀。根据第一阀门、第二阀门、第三阀门的开度情况控制管路的通断以及流体的流向。
前述的冷热及电多用型分布式储能系统,所述第二阀门与高压水罐组件通过两条管路相连,高压水罐组件入口经一条管路与第二阀门相连,高压水罐组件出口经另一条管路与第二阀门相连。储冷/热模式时,水经一条管路从入口进入高压水罐组件中。释冷/热模式时,水经另一条管路从高压水罐组件出口流出。为了工程简便,也可不设两条管路,但是本系统设两套管路和阀门保证了系统的安全性。
前述的冷热及电多用型分布式储能系统还包括第五阀门,第五阀门设于高压水罐组件出口与第二阀门之间的管路上;第五阀门还电性连接于控制系统。控制系统能够控制第五阀门的开启与闭合。
前述的冷热及电多用型分布式储能系统,所述高压水罐组件内还安装有压力检测装置,所述压力检测装置还电性连接于控制系统。压力检测装置将高压水罐组件内的压力值传递给控制系统分析、储存。
前述的冷热及电多用型分布式储能系统,所述高压水罐组件包括若干个串联布置的高压储罐,相邻高压储罐之间通过连通管连通,相邻高压储罐之间还设有连接管路,连接管路上均安装有第四阀门,第四阀门还电性连接于控制系统。控制系统能够控制第四阀门的开启与闭合。每个相邻高压储罐之间设有第四阀门和连通管,连通管可以保证每个高压储罐之间压力一致,高压储罐的具体数量可由储冷/热水量确定,但是高压储罐间连接方式相同。该种布置方式使得其中某个高压储罐出故障时或检修时,关闭与之相连的第四阀门,不影响系统运行。另外,在该系统中若是只布置一个大型的高压储罐会导致投资成本太高,因为大型高压储罐结构、保温等功能的保证更复杂,且需要单独预制;在保证系统运行效果的前提下采购若干个小型的高压储罐,使得投资成本更低。同时,本系统中的高压储罐采用混凝土加保温层结构,非钢结构,具有保温功能。第四阀门为截止阀。
一种冷热及电多用型分布式储能系统的运行方法,采用前述的冷热及电多用型分布式储能系统,在冷/热负荷低谷时期开启储能模式,包括以下步骤:天然气和空气进入发电装置发电后,高温烟气进入制冷换热装置与循环泵泵入的冷/热媒进水充分换热后排入大气中;
冷/热媒进水经过制冷换热装置变为T℃的冷/热水,其中夏季时T为6℃-12℃的冷水,冬季时T为60℃-90℃的热水;一部分冷/热水直接为冷/热用户供冷/热,另一部分进入蓄冷/蓄热水罐中存储;
控制系统所连接的阀门在初始状态下均为闭合状态;当蓄冷/蓄热水罐存储到1/6-1/2容积时,控制系统控制第一阀门、第二阀门、第三阀门开启,同时控制多级水泵水轮机开启呈水泵功能,多级水泵水轮机将蓄冷/蓄热水罐中的冷/热水输送到高压水罐组件中;
压力检测装置实时检测高压水罐组件内的压力并将信号传递给控制系统,当高压水罐组件的压力达到压力要求时,具体的,根据运行工况可为1MPa-10MPa,控制系统控制多级水泵水轮机停止工作,同时关闭第三阀门,此时发电装置的电量一部分供给电用户,另一部分供给多级水泵水轮机。
前述的冷热及电多用型分布式储能系统的运行方法,在冷/热负荷高峰时期开启释能模式,包括以下步骤:控制系统控制多级水泵水轮机开启呈水轮机功能,控制系统控制第一阀门、第二阀门、第五阀门开启,同时控制第三阀门关闭,高压水罐组件中的冷/热水流过多级水泵水轮机进入蓄冷/蓄热水罐中,多级水泵水轮机所发电量直接供给电用户,同时发电装置所发全部电量也直接供给电用户,蓄冷/蓄热水罐中的冷/热水直接供给冷/热用户,同时经过制冷换热装置变为T℃的冷/热水也全部供给冷/热用户。
前述的冷热及电多用型分布式储能系统的运行方法,蓄冷/蓄热水罐中的冷/热水输送到高压水罐组件的过程中,随着水量增多,高压水罐组件中的一个高压储罐达到设定压力时,与之相邻的高压储罐之间的第四阀门开启,水进入相邻高压储罐中,依次类推直至全部的高压储罐完成储水过程,此时第四阀门全部处于开启状态。
与现有技术相比,本发明的有益之处在于:
(1)本发明通过配置蓄冷/蓄热水罐、多级水泵水轮机、控制系统以及高压水罐组件等可在负荷低谷时期将冷/热电存储起来,在负荷高峰时期释放出来,一套系统同时具备储冷/热及电的功能,设备简单、系统复杂性低、可控性高,节省设备投资5%左右;
(2)本发明减少了电制冷机、调峰锅炉等冷热调峰机组配置容量10%-30%,同时较常规电池储能系统安全、可靠、操作简单,解决分布式能源系统负荷周期性波动;
(3)本发明提高分布式能源系统设备利用率10%以上,提升系统运行效率5%以上。
附图说明
图1是本发明的结构示意图;
图2是本发明中储能模式工作流程图;
图3是本发明中释能模式工作流程图;
图4是本发明中控制原理图。
附图标记的含义:1-发电装置,2-制冷换热装置,3-循环泵,4-蓄冷/蓄热水罐,5-多级水泵水轮机,6-第二阀门,7-高压水罐组件,8-电用户,9-冷/热用户,10-控制系统,11-第一阀门,13-第三阀门,14-第四阀门,15-第五阀门,16-压力检测装置,17-连通管,18-高压储罐。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
具体实施方式
本发明的实施例1:如图1-图4所示,一种冷热及电多用型分布式储能系统包括经管路顺次连接的发电装置1、制冷换热装置2、蓄冷/蓄热水罐4、多级水泵水轮机5、第二阀门6、高压水罐组件7,还包括循环泵3、电用户8、冷/热用户9,所述循环泵3经管路连接有制冷换热装置2,所述电用户8的一端经电缆线连接有发电装置1,所述电用户8的另一端经电缆线连接有多级水泵水轮机5,所述多级水泵水轮机5还经电缆线连接有发电装置1,所述冷/热用户9经管路连接有制冷换热装置2,所述冷/热用户9还经管路连接有蓄冷/蓄热水罐4。其中天然气和空气进入发电装置1发电,发电装置1可以为内燃机、微燃机、燃料电池等装置。高温烟气进入制冷换热装置2与循环泵3泵入的冷/热媒进水充分换热后,排入大气中。所述制冷换热装置2为溴化锂机组,或者烟气源热泵,或者并列布置的溴化锂机组和电制冷机,或者并列布置的烟气源热泵和电制冷机。冷/热媒进水经过制冷换热装置2变为T℃(其中夏季为冷媒进水,T一般为6℃-12℃,具体的如用户为数据中心可为12℃,如用户为商业办公楼则为6℃,其他在区间内变化;冬季为热媒进水,T一般为60℃-90℃;)的冷水/热水。其中一部分的冷水/热水直接为冷/热用户9供冷/热,另一部分的冷水/热水进入蓄冷/蓄热水罐4中存储。本系统中的多级水泵水轮机5既具有水泵功能又具有水轮机功能,其扬程可以为100m-1000m。
实施例2:如图1-图4所示,一种冷热及电多用型分布式储能系统包括经管路顺次连接的发电装置1、制冷换热装置2、蓄冷/蓄热水罐4、多级水泵水轮机5、第二阀门6、高压水罐组件7,还包括循环泵3、电用户8、冷/热用户9,所述循环泵3经管路连接有制冷换热装置2,所述电用户8的一端经电缆线连接有发电装置1,所述电用户8的另一端经电缆线连接有多级水泵水轮机5,所述多级水泵水轮机5还经电缆线连接有发电装置1,所述冷/热用户9经管路连接有制冷换热装置2,所述冷/热用户9还经管路连接有蓄冷/蓄热水罐4。其中天然气和空气进入发电装置1发电,发电装置1可以为内燃机、微燃机、燃料电池等装置。高温烟气进入制冷换热装置2与循环泵3泵入的冷/热媒进水充分换热后,排入大气中。所述制冷换热装置2为溴化锂机组,或者烟气源热泵,或者并列布置的溴化锂机组和电制冷机,或者并列布置的烟气源热泵和电制冷机。冷/热媒进水经过制冷换热装置2变为T℃(其中夏季为冷媒进水,T一般为6℃-12℃,具体的如用户为数据中心可为12℃,如用户为商业办公楼则为6℃,其他在区间内变化;冬季为热媒进水,T一般为60℃-90℃;)的冷水/热水。其中一部分的冷水/热水直接为冷/热用户9供冷/热,另一部分的冷水/热水进入蓄冷/蓄热水罐4中存储。本系统中的多级水泵水轮机5既具有水泵功能又具有水轮机功能,其扬程可以为100m-1000m。
进一步的,冷热及电多用型分布式储能系统还包括控制系统10、第一阀门11、第三阀门13,其中第一阀门11设于蓄冷/蓄热水罐4与多级水泵水轮机5之间的管路上,第三阀门13设于第二阀门6与高压水罐组件7之间的管路上,所述多级水泵水轮机5、第二阀门6、第一阀门11、第三阀门13均电性连接于控制系统10。在本系统中,控制系统10能够控制上述装置的开启与闭合。,控制系统10所连接的阀门在初始状态下均为闭合状态。其中,第一阀门11为截止阀,第二阀门6为三通阀。根据第一阀门11、第二阀门6、第三阀门13的开度情况控制管路的通断以及流体的流向。所述第二阀门6与高压水罐组件7通过两条管路相连,高压水罐组件7入口经一条管路与第二阀门6相连,高压水罐组件7出口经另一条管路与第二阀门6相连。储冷/热模式时,水经一条管路从入口进入高压水罐组件7中。释冷/热模式时,水经另一条管路从高压水罐组件7出口流出。为了工程简便,也可不设两条管路,但是本系统设两套管路和阀门保证了系统的安全性。冷热及电多用型分布式储能系统还包括第五阀门15,第五阀门15设于高压水罐组件7出口与第二阀门6之间的管路上;第五阀门15还电性连接于控制系统10。控制系统10能够控制第五阀门15的开启与闭合。
进一步的,所述高压水罐组件7内还安装有压力检测装置16,所述压力检测装置16还电性连接于控制系统10。压力检测装置16将高压水罐组件7内的压力值传递给控制系统10分析、储存。所述高压水罐组件7包括三个串联布置的高压储罐18,相邻高压储罐18之间通过连通管17连通,相邻高压储罐18之间还设有连接管路,连接管路上均安装有第四阀门14,第四阀门14还电性连接于控制系统10。控制系统10能够控制第四阀门14的开启与闭合。每个相邻高压储罐18之间设有第四阀门14和连通管17,连通管17可以保证每个高压储罐18之间压力一致,高压储罐18的具体数量可由储冷/热水量确定,但是高压储罐18间连接方式相同。该种布置方式使得其中某个高压储罐18出故障时或检修时,关闭与之相连的第四阀门14,不影响系统运行。另外,在该系统中若是只布置一个大型的高压储罐18会导致投资成本太高,因为大型高压储罐18结构、保温等功能的保证更复杂,且需要单独预制;在保证系统运行效果的前提下采购若干个小型的高压储罐18,使得投资成本更低。同时,本系统中的高压储罐18采用混凝土加保温层结构,非钢结构,具有保温功能。第四阀门14为截止阀。
实施例3:如图1-图4所示,一种冷热及电多用型分布式储能系统的运行方法,采用前述的冷热及电多用型分布式储能系统,在冷/热负荷低谷时期开启储能模式,包括以下步骤:天然气和空气进入发电装置1发电后,高温烟气进入制冷换热装置2与循环泵3泵入的冷/热媒进水充分换热后排入大气中;
冷/热媒进水经过制冷换热装置2变为T℃的冷/热水,其中夏季时T为6℃-12℃的冷水,冬季时T为60℃-90℃的热水;一部分冷/热水直接为冷/热用户9供冷/热,另一部分进入蓄冷/蓄热水罐4中存储;
控制系统10所连接的阀门在初始状态下均为闭合状态;当蓄冷/蓄热水罐4存储到1/6-1/2容积时,具体的,当存储到1/5时,控制系统10控制第一阀门11、第二阀门6、第三阀门13开启,同时控制多级水泵水轮机5开启呈水泵功能,多级水泵水轮机5将蓄冷/蓄热水罐4中的冷/热水输送到高压水罐组件7中;
压力检测装置16实时检测高压水罐组件7内的压力并将信号传递给控制系统10,当高压水罐组件7的压力达到压力要求时,具体的,根据运行工况可为1MPa-10MPa,控制系统10控制多级水泵水轮机5停止工作,同时关闭第三阀门13,此时发电装置1的电量一部分供给电用户8,另一部分供给多级水泵水轮机5。
实施例4:如图1-图4所示,一种冷热及电多用型分布式储能系统的运行方法,采用前述的冷热及电多用型分布式储能系统,在冷/热负荷低谷时期开启储能模式,包括以下步骤:天然气和空气进入发电装置1发电后,高温烟气进入制冷换热装置2与循环泵3泵入的冷/热媒进水充分换热后排入大气中;
冷/热媒进水经过制冷换热装置2变为T℃的冷/热水,其中夏季时T为6℃-12℃的冷水,冬季时T为60℃-90℃的热水;一部分冷/热水直接为冷/热用户9供冷/热,另一部分进入蓄冷/蓄热水罐4中存储;
控制系统10所连接的阀门在初始状态下均为闭合状态;当蓄冷/蓄热水罐4存储到1/6-1/2容积时,具体的,当存储到1/4时,控制系统10控制第一阀门11、第二阀门6、第三阀门13开启,同时控制多级水泵水轮机5开启呈水泵功能,多级水泵水轮机5将蓄冷/蓄热水罐4中的冷/热水输送到高压水罐组件7中;
压力检测装置16实时检测高压水罐组件7内的压力并将信号传递给控制系统10,当高压水罐组件7的压力达到压力要求时,具体的,根据运行工况可为1MPa-10MPa,控制系统10控制多级水泵水轮机5停止工作,同时关闭第三阀门13,此时发电装置1的电量一部分供给电用户8,另一部分供给多级水泵水轮机5。
进一步的,蓄冷/蓄热水罐4中的冷/热水输送到高压水罐组件7的过程中,随着水量增多,高压水罐组件7中的一个高压储罐18达到设定压力时,与之相邻的高压储罐18之间的第四阀门14开启,水进入相邻高压储罐18中,依次类推直至全部的高压储罐18完成储水过程,此时第四阀门14全部处于开启状态。
在冷/热负荷高峰时期开启释能模式,包括以下步骤:控制系统10控制多级水泵水轮机5开启呈水轮机功能,控制系统10控制第一阀门11、第二阀门6、第五阀门15开启,同时控制第三阀门13关闭,高压水罐组件7中的冷/热水流过多级水泵水轮机5进入蓄冷/蓄热水罐4中,多级水泵水轮机5所发电量直接供给电用户8,同时发电装置1所发全部电量也直接供给电用户8,蓄冷/蓄热水罐4中的冷/热水直接供给冷/热用户9,同时经过制冷换热装置2变为T℃的冷/热水也全部供给冷/热用户9。

Claims (9)

1.一种冷热及电多用型分布式储能系统,其特征在于,包括经管路顺次连接的发电装置(1)、制冷换热装置(2)、蓄冷/蓄热水罐(4)、多级水泵水轮机(5)、第二阀门(6)、高压水罐组件(7),还包括循环泵(3)、电用户(8)、冷/热用户(9),所述循环泵(3)经管路连接有制冷换热装置(2),所述电用户(8)的一端经电缆线连接有发电装置(1),所述电用户(8)的另一端经电缆线连接有多级水泵水轮机(5),所述多级水泵水轮机(5)还经电缆线连接有发电装置(1),所述冷/热用户(9)经管路连接有制冷换热装置(2),所述冷/热用户(9)还经管路连接有蓄冷/蓄热水罐(4)。
2.根据权利要求1所述的冷热及电多用型分布式储能系统,其特征在于,还包括控制系统(10)、第一阀门(11)、第三阀门(13),其中第一阀门(11)设于蓄冷/蓄热水罐(4)与多级水泵水轮机(5)之间的管路上,第三阀门(13)设于第二阀门(6)与高压水罐组件(7)之间的管路上,所述多级水泵水轮机(5)、第二阀门(6)、第一阀门(11)、第三阀门(13)均电性连接于控制系统(10)。
3.根据权利要求2所述的冷热及电多用型分布式储能系统,其特征在于,所述第二阀门(6)与高压水罐组件(7)通过两条管路相连,高压水罐组件(7)入口经一条管路与第二阀门(6)相连,高压水罐组件(7)出口经另一条管路与第二阀门(6)相连。
4.根据权利要求3所述的冷热及电多用型分布式储能系统,其特征在于,还包括第五阀门(15),第五阀门(15)设于高压水罐组件(7)出口与第二阀门(6)之间的管路上;第五阀门(15)还电性连接于控制系统(10)。
5.根据权利要求4所述的冷热及电多用型分布式储能系统,其特征在于,所述高压水罐组件(7)内还安装有压力检测装置(16),所述压力检测装置(16)还电性连接于控制系统(10)。
6.根据权利要求5所述的冷热及电多用型分布式储能系统,其特征在于,所述高压水罐组件(7)包括若干个串联布置的高压储罐(18),相邻高压储罐(18)之间通过连通管(17)连通,相邻高压储罐(18)之间还设有连接管路,连接管路上均安装有第四阀门(14),第四阀门(14)还电性连接于控制系统(10)。
7.一种冷热及电多用型分布式储能系统的运行方法,采用权利要求6所述的冷热及电多用型分布式储能系统,其特征在于,在冷/热负荷低谷时期开启储能模式,包括以下步骤:天然气和空气进入发电装置(1)发电后,高温烟气进入制冷换热装置(2)与循环泵(3)泵入的冷/热媒进水充分换热后排入大气中;
冷/热媒进水经过制冷换热装置(2)变为T℃的冷/热水,其中夏季时T为6℃-12℃的冷水,冬季时T为60℃-90℃的热水;一部分冷/热水直接为冷/热用户(9)供冷/热,另一部分进入蓄冷/蓄热水罐(4)中存储;
控制系统(10)所连接的阀门在初始状态下均为闭合状态;当蓄冷/蓄热水罐(4)存储到1/6-1/2容积时,控制系统(10)控制第一阀门(11)、第二阀门(6)、第三阀门(13)开启,同时控制多级水泵水轮机(5)开启呈水泵功能,多级水泵水轮机(5)将蓄冷/蓄热水罐(4)中的冷/热水输送到高压水罐组件(7)中;
压力检测装置(16)实时检测高压水罐组件(7)内的压力并将信号传递给控制系统(10),当高压水罐组件(7)的压力达到压力要求时,控制系统(10)控制多级水泵水轮机(5)停止工作,同时关闭第三阀门(13),此时发电装置(1)的电量一部分供给电用户(8),另一部分供给多级水泵水轮机(5)。
8.根据权利要求7所述的冷热及电多用型分布式储能系统的运行方法,其特征在于,在冷/热负荷高峰时期开启释能模式,包括以下步骤:控制系统(10)控制多级水泵水轮机(5)开启呈水轮机功能,控制系统(10)控制第一阀门(11)、第二阀门(6)、第五阀门(15)开启,同时控制第三阀门(13)关闭,高压水罐组件(7)中的冷/热水流过多级水泵水轮机(5)进入蓄冷/蓄热水罐(4)中,多级水泵水轮机(5)所发电量直接供给电用户(8),同时发电装置(1)所发全部电量也直接供给电用户(8),蓄冷/蓄热水罐(4)中的冷/热水直接供给冷/热用户(9),同时经过制冷换热装置(2)变为T℃的冷/热水也全部供给冷/热用户(9)。
9.根据权利要求7所述的冷热及电多用型分布式储能系统的运行方法,其特征在于,蓄冷/蓄热水罐(4)中的冷/热水输送到高压水罐组件(7)的过程中,随着水量增多,高压水罐组件(7)中的一个高压储罐(18)达到设定压力时,与之相邻的高压储罐(18)之间的第四阀门(14)开启,水进入相邻高压储罐(18)中,依次类推直至全部的高压储罐(18)完成储水过程,此时第四阀门(14)全部处于开启状态。
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