CN112384693A - 操作浮动式离岸风力涡轮机的方法 - Google Patents
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Abstract
公开了一种用于操作至少两个浮动式离岸风力涡轮机(1)的方法。在相应第一操作位置(7)处操作风力涡轮机(1),并且估计对各个风力涡轮机(1)的先前磨损影响和/或将来预期磨损影响。基于所估计的磨损影响,识别要被重新定位到相应第二操作位置(9)的至少一个风力涡轮机(1)。将所识别的风力涡轮机(1)移动到相应第二操作位置(9)并在第二操作位置(9)处操作所识别的风力涡轮机(1)。
Description
技术领域
本发明涉及操作至少两个浮动式离岸风力涡轮机的方法。以如下方式操作风力涡轮机:该方式为风力涡轮机中的各个风力涡轮机提供改进的寿命和/或改进的电力生产。
背景技术
当将风力涡轮机布置在风力发电场(wind farm)中时,对风力涡轮机的磨损影响可能在整个风力发电场中变化。例如,布置在风力发电场的边界附近的风力涡轮机可能比布置在风力发电场的中央部分的风力涡轮机经受更高的负载和/或更高的磨损影响,因为布置在风力发电场的中央部分的风力涡轮机被布置在其它风力涡轮机的尾流(wake)中。此外,沿着风力发电场的面向主导风向的边界布置的风力涡轮机可能比风力发电场的其它风力涡轮机经受更高的磨损影响。
因此,风力发电场的一些风力涡轮机可能在其设计寿命之前就耗损掉了,而风力发电场的其它风力涡轮机可能超过其设计寿命。
EP2267297A2公开了一种包括多个风力涡轮机的浮动式离岸风力发电场。可移动的系泊机构将风力涡轮机系泊在海底,同时保持风力涡轮机的相对位置。系泊缆的末端缠绕在用作驱动设备的绕线设备上,该驱动设备改变系泊缆的张力。由此,可以根据风向改变风力涡轮机的相对位置,以便减少进入另一转子的尾流的转子的总数。
EP2933181B1公开了一种用于维护浮体型风力涡轮机发电设备的方法。风力涡轮机被设置在通过系泊缆线系泊在系泊位置的浮体上。系泊缆线与风力涡轮机的浮体分开,并且从系泊位置转移到维护位置。另一风力涡轮机被转移到系泊位置并连接到系泊缆线。
发明内容
本发明的实施方式的目的是提供一种用于以如下方式来操作至少两个浮动式离岸风力涡轮机的方法:针对风力涡轮机中的各个风力涡轮机确保改进的电力生产和/或改进的寿命。
本发明提供了一种用于操作至少两个浮动式离岸风力涡轮机的方法,各个风力涡轮机在相应第一操作位置处被连接至系泊装置,所述方法包括以下步骤:
在所述风力涡轮机的相应第一操作位置处操作所述风力涡轮机,
针对所述风力涡轮机中的各个风力涡轮机,估计对所述风力涡轮机的先前磨损影响和/或将来预期磨损影响,
基于所估计的磨损影响,识别要被重新定位到相应第二操作位置的至少一个风力涡轮机,
将各个所识别的风力涡轮机从其第一操作位置的所述系泊装置断开,
将各个所识别的风力涡轮机从其相应第一操作位置移动到其相应第二操作位置,
将各个所识别的风力涡轮机连接至其相应第二操作位置处的系泊装置,以及
在所述相应第二操作位置处操作所述风力涡轮机。
因此,本发明涉及一种用于操作至少两个浮动式离岸风力涡轮机的方法。在本文中,术语“浮动式离岸风力涡轮机”应解释为是指定位在离岸地点(例如,在海上)的风力涡轮机,并且该风力涡轮机被安装在浮基(floating foundation)上而不是安装在固定至海床的基底上。
各个风力涡轮机在相应第一操作位置处连接至系泊装置。在本文中,术语“系泊装置”应解释为包括一种或更多种系泊缆线的装置,所述系泊缆线在一端处连接至固定在海床处的锚或基底,而在另一端处连接至风力涡轮机的浮基。
最初,在风力涡轮机的相应第一操作位置处操作风力涡轮机。相应第一操作位置相对于彼此被布置在固定位置,该固定位置由系泊装置的位置限定。由此,即使可能通过改变系泊缆线的长度或张力发生位置的有限变化,风力涡轮机自身也被布置在相对于彼此的固定位置处。当风力涡轮机被操作时,它们通过借助风力涡轮机叶片提取风能并将风能转化成电能来以通常的方式产生电能,该电能被供应给电网。
在风力涡轮机在其相应第一操作位置处的操作期间,针对风力涡轮机中的各个风力涡轮机估计对风力涡轮机的先前磨损影响和/或将来预期磨损影响。在考虑风力涡轮机的相应第一操作位置的同时,估计相应风力涡轮机的磨损影响。如上所述,风力涡轮机上的负载和磨损取决于风力涡轮机相对于位于其附近的其它风力涡轮机的位置。例如,布置在进入风的盛行方向上的风力涡轮机通常将比布置在其它风力涡轮机的尾流中的风力涡轮机经受高的负载和更多磨损。类似地,在其它风力涡轮机的尾流中的风力涡轮机可能在接收到的空气流中经受更多的湍流,这产生了其它类型的磨损。因此,对风力涡轮机的磨损影响通常将在整个风力发电场中变化。
接下来,基于所估计的磨损影响,识别要被重新定位到相应第二操作位置的至少一个风力涡轮机。例如,在风力涡轮机已经经受或预期将来会经受比平均磨损影响或设计磨损影响高的磨损影响的情况下,可能期望将风力涡轮机重新定位到预期磨损影响比风力涡轮机的第一操作位置处的预期磨损影响低的操作位置。从而,可以减少对风力涡轮机的总设计寿命磨损影响,并且可以维持或增加风力涡轮机的预期寿命。此外,风力涡轮机在第一操作位置处工作时的电力生产可能比设计电力生产高很多,从而可以改进风力涡轮机在其寿命期间的总电力生产。
类似地,在风力涡轮机已经经受或预期将来会经受比平均磨损影响或设计磨损影响低的磨损影响的情况下,可能期望将风力涡轮机重新定位到预期磨损影响比风力涡轮机的第一操作位置处的预期磨损影响高的操作位置。
接下来,将各个所识别的风力涡轮机从其第一操作位置的系泊装置断开,并从其相应第一操作位置移动到其相应第二操作位置。然后,将各个所识别的风力涡轮机连接至其第二操作位置处的系泊装置,并且在风力涡轮机的相应第二操作位置处操作风力涡轮机。
通常,离岸风电力发场中的所有风力涡轮机都会同时退役。因此,根据本发明的方法,基于所估计的磨损影响来重新定位风力涡轮机。从而可以例如通过获得均匀的磨损影响来改进风力发电场的总寿命电力生产,并因此改进整个风力发电场中的风力涡轮机的安全服务寿命。
估计对所述风力涡轮机中的各个风力涡轮机的先前磨损影响和/或将来预期磨损影响的步骤可以基于所述风力涡轮机的所述操作位置相对于盛行风向的位置。如上所述,直接面对进入的风的风力涡轮机预期会比布置在其它风力涡轮机的尾流中的风力涡轮机经受高的磨损。因此,以直接面对盛行或主导风向的方式布置的风力涡轮机最有可能经受比其它风力涡轮机高的磨损影响。因此,风力涡轮机的操作位置相对于盛行风向的位置提供了关于对风力涡轮机的预期磨损影响(例如,基于风力涡轮机安装后的历史数据)以及关于未来预期磨损影响(例如,基于建模)的有价值的信息。
另选地或附加地,估计对所述风力涡轮机中的各个风力涡轮机的先前磨损影响和/或将来预期磨损影响的步骤可以包括估计所述风力涡轮机中的各个风力涡轮机的寿命使用率。在本文中,术语“寿命使用率”应解释为是指风力涡轮机的设计寿命的在给定时间已经使用的分数。风力涡轮机通常被设计成具有给定的设计寿命(例如,20年)。
理想地,风力涡轮机的寿命使用率基本上是线性的。然而,可能存在寿命使用率比预期寿命使用率高的时间段以及寿命使用率比预期寿命使用率低的时间段。如上所述,风力涡轮机相对于其它风力涡轮机以及相对于进入的风的位置对风力涡轮机的磨损影响具有显著影响,从而对寿命使用率的具有显著影响。
因此,在给定风力涡轮机的寿命使用率比给定时间的预期寿命使用率低的情况下,这可能指示该风力涡轮机在第一操作位置处的磨损影响较低,因此可能有利的是,将该风力涡轮机重新定位到具有较高预期磨损影响的操作位置,并且从而具有较高寿命使用率。
类似地,在给定风力涡轮机的寿命使用率比给定时间的预期寿命使用率高的情况下,这可能指示该风力涡轮机在第一操作位置处的磨损影响较高,因此可能有利的是,将该风力涡轮机重新定位到具有较低预期磨损影响的操作位置,并且从而具有较低寿命使用率。
因此,寿命使用率适合于估计对风力涡轮机的磨损影响,尤其是先前磨损影响。
估计先前磨损影响和/或将来预期磨损影响的步骤可以包括:对气象状况和/或海洋状况进行建模,以及基于所述建模来估计未来预期磨损影响。气象状况可以包括风速、风向、阵风状况、风切变、温度、湿度等。海洋状况可以包括波浪状况、涌流状况等。建模可以基于天气预报等。
气象状况和海洋状况对风力涡轮机的磨损影响具有很大影响。因此,使用这些状况的建模来预测对风力涡轮机的未来磨损影响是适当的。
所应用的模型可以基于关于气象状况和/或海洋状况和磨损影响以及极端事件(例如,海啸、台风、故障部件的影响,(火山)颗粒、昆虫或鸟类迁移撞击事件等)的历史数据。历史磨损影响也可以基于对故障或操作部件的破坏性或非破坏性分析进行测量或估计。在一个实施方式中,估计对风力涡轮机的先前磨损影响和/或将来预期磨损影响的步骤可以在这些极端事件中的一个极端事件之后执行。
估计先前磨损影响和/或将来预期磨损影响的步骤可以基于在所述相应第一操作位置和/或所述相应第二操作位置处获得的传感器数据来执行。传感器数据例如可以借助于安装在各个操作位置处工作的风力涡轮机上的传感器来获得。传感器可以例如是负载传感器、应变仪、温度传感器、风传感器、雨传感器等形式。根据该实施方式,对给定风力涡轮机的磨损影响可以基于传感器数据来估计,所述传感器数据指示风力涡轮机上的实际负载或指示风力涡轮机所经受的其它实际状况。
识别至少一个风力涡轮机的步骤可以包括识别经受过高磨损影响的至少一个风力涡轮机,并且移动各个所识别的风力涡轮机的步骤可以包括将具有高磨损影响的所述至少一个风力涡轮机移动到第二操作位置,所述第二操作位置提供比在所述风力涡轮机的所述第一操作位置处的预期未来磨损影响低的预期未来磨损影响。
根据该实施方式,在其第一操作位置处的、已经受到高磨损影响的风力涡轮机(例如,具有高寿命使用率的风力涡轮机)可以移动到预期未来磨损影响较低的第二操作位置。从而,减小了对风力涡轮机的总磨损影响的增加率,例如在一定程度上获得了风力涡轮机的设计寿命。
另选地或附加地,识别至少一个风力涡轮机的步骤可以包括识别经受过低磨损影响的至少一个风力涡轮机,并且移动各个所识别的风力涡轮机的步骤可以包括将具有低磨损影响的所述至少一个风力涡轮机移动到第二操作位置,所述第二操作位置提供比在所述风力涡轮机的所述第一操作位置处的预期未来磨损影响高的预期未来磨损影响。
根据该实施方式,在其第一操作位置处的、已经受到低磨损影响的风力涡轮机(例如,具有低寿命使用率的风力涡轮机)可以移动到预期未来磨损影响较高的第二操作位置。从而,增加了对风力涡轮机的总磨损影响,例如在一定程度上获得了风力涡轮机的设计寿命。
所述方法还可以包括以下步骤:对至少一个风力涡轮机执行维护和/或对至少一个风力涡轮机的至少一个部件进行更换或升级。维护可以例如在风力涡轮机的传动系、发电机、轮毂、风力涡轮机叶片、塔架、电气部件等上执行。诸如一个或更多个传动系部件、发电机、一个或更多个风力涡轮机叶片、轮毂等的风力涡轮机部件可以被更换或升级。
对至少一个部件执行维护和/或更换步骤可以在所述风力涡轮机的相应第一操作位置处操作所述风力涡轮机的步骤之后并且在所述风力涡轮机的相应第二操作位置处操作所述风力涡轮机的步骤之前执行。
根据该实施方式,由于风力涡轮机从第一操作位置重新定位到第二操作位置,因此在风力涡轮机不工作时进行至少一个部件的维护和/或更换或升级。从而,至少一个部件的维护和/或更换或升级不会引起附加的电力生产损失。例如,可以在将风力涡轮机从其第一操作位置移动到其第二操作位置的步骤期间进行至少一个部件的维护和/或更换或升级。
至少一个风力涡轮机的相应第二操作位置可以是另一风力涡轮机的相应第一操作位置。根据该实施方式,至少一些风力涡轮机可以例如以如下方式被重新安置在风力发电场内:将在高磨损影响操作位置处的风力涡轮机与在低磨损影响操作位置处的风力涡轮机交换位置。从而,风力发电场的所有风力涡轮机将受到基本上均匀的总磨损影响,并且风力涡轮机将最有可能在基本上相同的时间点耗损掉。此外,可以改进或甚至优化风力发电场的总电力生产。
所述方法还可以包括以下步骤:
将至少一个风力涡轮机从其相应第二操作位置的所述系泊装置断开,
将所述风力涡轮机从其相应第二操作位置移动到相应第三操作位置,
将所述风力涡轮机连接至所述相应第三操作位置处的系泊装置,以及
在所述相应第三操作位置处操作所述风力涡轮机。
根据该实施方式,随后将所述风力涡轮机中的至少一个重新定位到第三操作位置。第三操作位置可以是例如具有非常低的预期磨损影响的操作位置,其中,接近或已经超过其预期寿命的风力涡轮机可以在低电力输出和低磨损影响的情况下继续工作。
附图说明
现在将参照附图进一步详细地描述本发明,其中:
图1示出了在第一操作位置处工作的浮动式离岸风力涡轮机,
图2示出了从第一操作位置处的系泊装置分离的图1的浮动式离岸风力涡轮机,
图3示出了从第一操作位置移动的图1和图2的浮动式离岸风力涡轮机,
图4示出了朝向第二操作位置移动的图1至图3的浮动式离岸风力涡轮机,以及
图5是例示了按照根据本发明的实施方式的方法操作的两个浮动式离岸风力涡轮机的寿命使用率随时间变化的曲线图。
具体实施方式
图1至图4例示了根据本发明实施方式的方法的步骤。图1示出了安装在浮基2上的浮动式离岸风力涡轮机1,该浮基2在第一操作位置处经由系泊缆线3附接至系泊装置。系泊缆线3的数量以及这些系泊缆线3是连接至海底还是连接至其它结构取决于设计选择,并且因此可以由本领域技术人员进行优化。
风向用箭头4例示。风作用在风力涡轮机1的风力涡轮机叶片5上,从而导致转子6旋转。转子6可能经由齿轮系统连接至发电机,从而转子6的旋转运动导致产生电能。产生的电力可选地经由变电站(未示出)被供应给电网(未示出)。因此,图1的风力涡轮机1在第一操作位置处以正常方式进行工作。
在风力涡轮机1的工作期间,估计对风力涡轮机1的磨损影响。所估计的磨损影响可以包括先前经历的磨损影响(即,风力涡轮机1已经受到的磨损影响)和/或预期未来磨损影响(即,如果风力涡轮机1继续在第一操作位置处工作,则可能预期风力涡轮机1会受到的磨损影响)。
基于所估计的磨损影响,确定是否应该将风力涡轮机1重新定位到第二操作位置。例如,在先前磨损影响和/或预期未来磨损影响高于预期的情况下,例如,在一定程度上导致风力涡轮机1的预期寿命缩短,则可能期望将风力涡轮机1重新定位到预期未来磨损影响比在第一操作位置处的预期未来磨损影响低的第二操作位置。
类似地,在先前磨损影响和/或预期未来磨损影响低于预期的情况下,例如,在一定程度上导致风力涡轮机1的预期寿命超过风力涡轮机1的设计寿命,则可能期望将风力涡轮机1重新定位到预期未来磨损影响比在第一操作位置处的预期未来磨损影响高的第二操作位置。因此,有可能在不超过风力涡轮机1的设计寿命的情况下增加风力涡轮机1的电力生产。
图2示出了在第一操作位置7处的浮动式离岸风力涡轮机1。在图2所示的情况下,已经确定将风力涡轮机重新定位到第二操作位置。因此,风力涡轮机1已经从至少一些系泊缆线3分离,从而风力涡轮机1准备好从第一操作位置7移动到第二操作位置。
在图3中,风力涡轮机1已经沿着箭头8所示的方向从第一操作位置7移开。因此,风力涡轮机1正在朝向其第二操作位置前进。
在图4中,风力涡轮机1正在接近第二操作位置9。一旦风力涡轮机1已经到达第二操作位置9,风力涡轮机1的浮基2就被附接至第二操作位置9的系泊缆线3,并且在连接至电网后风力涡轮机1将准备在第二操作位置9处开始工作。第二操作位置9可能先前已被用于另一风力涡轮机的工作,然而,这不是必需的。如果第二操作位置先前由另一风力涡轮机使用,则该风力涡轮机可能先前已被移动到另一位置(该另一位置可选地可以是风力涡轮机1的第一位置)或已退役。
在一个实施方式中,对于所述浮动式风力涡轮机中的至少一个浮动式风力涡轮机,第一操作位置在第一风力发电场中,并且第二操作位置在与第一风力发电场不同的第二风力发电场中。例如,这允许在第一风力发电场中已经受过极端事件的风力涡轮机被移动到经历另一极端事件的风险要低得多的另一风力发电场。
图5是例示了两个风力涡轮机的寿命使用率随时间变化的曲线图。风力涡轮机在时间t1开始工作。由曲线10表示的第一风力涡轮机最初在相应第一操作位置处被操作,在该第一操作位置处,对风力涡轮机的磨损影响高于设计磨损影响12。因此,该风力涡轮机的寿命使用率比预期的高,并且风力涡轮机在这些工作状况下(沿着线10a)的继续工作将导致风力涡轮机在时间t4提前耗损掉。
由曲线11表示的第二风力涡轮机最初在相应第一操作位置处被操作,在该第一操作位置处,对风力涡轮机的磨损影响低于设计磨损影响。因此,该风力涡轮机的寿命使用率比预期的低,并且风力涡轮机在这些工作状况下(沿着线11a)的继续工作将导致风力涡轮机超过其设计寿命直到时间t5为止。
在时间t2,对由曲线10和曲线11表示的风力涡轮机的寿命使用率进行评估,并且识别与上述设计寿命使用率的偏差。结果,决定将风力涡轮机重新定位到相应第二操作位置。更具体地,由曲线10表示的风力涡轮机被重新定位到具有比第一操作位置对该风力涡轮机的预期未来磨损影响低的预期未来磨损影响(由曲线10b表示)的第二操作位置。类似地,由曲线11表示的风力涡轮机被重新定位到具有比第一操作位置对该风力涡轮机的预期未来磨损影响高的预期未来磨损影响(由曲线11b表示)的第二操作位置。
因此,由曲线10表示的风力涡轮机的寿命使用率从时间t2开始降低,而由曲线11表示的风力涡轮机的寿命使用率从时间t2开始增加。
结果,由曲线10表示的风力涡轮机以及由曲线11表示的风力涡轮机在时间t3达到设计寿命。通常,离岸风力发电场中的所有风力涡轮机都同时退役,因此,将(由于风力涡轮机遵循磨损线10和10a而导致的)发电场在t4处的提前要求退役被延长至t3,从而导致发电场在退役前的寿命能源生产大大地增加。
Claims (13)
1.一种用于操作至少两个浮动式离岸风力涡轮机(1)的方法,各个风力涡轮机(1)在相应第一操作位置(7)处被连接至系泊装置(3),所述方法包括以下步骤:
在所述风力涡轮机(1)的相应第一操作位置(7)处操作所述风力涡轮机(1),
针对所述风力涡轮机(1)中的各个风力涡轮机(1),估计对该风力涡轮机(1)的先前磨损影响和/或将来预期磨损影响,
基于所估计的磨损影响,识别要被重新定位到相应第二操作位置(9)的至少一个风力涡轮机(1),
将各个所识别的风力涡轮机(1)从其第一操作位置(7)的所述系泊装置(3)断开,
将各个所识别的风力涡轮机(1)从其相应第一操作位置(7)移动到其相应第二操作位置(9),
将各个所识别的风力涡轮机(1)连接至其相应第二操作位置(9)处的系泊装置(3),以及
在所述相应第二操作位置(9)处操作所述风力涡轮机(1)。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,估计对所述风力涡轮机(1)中的各个风力涡轮机(1)的先前磨损影响和/或将来预期磨损影响的步骤是基于所述风力涡轮机(1)的所述操作位置(7、9)相对于盛行风向的位置的。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其中,估计对所述风力涡轮机(1)中的各个风力涡轮机(1)的先前磨损影响和/或将来预期磨损影响的步骤包括估计所述风力涡轮机(1)中的各个风力涡轮机(1)的寿命使用率。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,估计先前磨损影响和/或将来预期磨损影响的步骤包括:对气象状况和/或海洋状况进行建模,以及基于所述建模来估计未来预期磨损影响。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,估计先前磨损影响和/或将来预期磨损影响的步骤是基于在所述相应第一操作位置(7)和/或所述相应第二操作位置(9)处获得的传感器数据执行的。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,识别至少一个风力涡轮机(1)的步骤包括识别经受过高磨损影响的至少一个风力涡轮机(1),并且其中,移动各个所识别的风力涡轮机(1)的步骤包括将具有高磨损影响的所述至少一个风力涡轮机(1)移动到第二操作位置(9),所述第二操作位置(9)提供比在所述风力涡轮机(1)的所述第一操作位置(7)处的预期未来磨损影响低的预期未来磨损影响。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,识别至少一个风力涡轮机(1)的步骤包括识别具有低磨损影响的至少一个风力涡轮机(1),并且其中,移动各个所识别的风力涡轮机(1)的步骤包括将具有低磨损影响的所述至少一个风力涡轮机(1)移动到第二操作位置(9),所述第二操作位置(9)提供比在所述风力涡轮机(1)的所述第一操作位置(7)处的预期未来磨损影响高的预期未来磨损影响。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法,所述方法还包括以下步骤:对至少一个风力涡轮机(1)执行维护和/或对至少一个风力涡轮机(1)的至少一个部件进行更换或升级。
9.根据权利要求8所述的方法,其中,对至少一个部件执行维护和/或更换或升级的步骤在所述风力涡轮机(1)的相应第一操作位置(7)处操作所述风力涡轮机(1)的步骤之后并且在所述风力涡轮机(1)的相应第二操作位置(7)处操作所述风力涡轮机(1)的步骤之前执行。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,至少一个风力涡轮机(1)的相应第二操作位置(9)是另一风力涡轮机(9)的相应第一操作位置(7)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法,所述方法还包括以下步骤:
将至少一个风力涡轮机(1)从其相应第二操作位置(9)的所述系泊装置(3)断开,
将所述的风力涡轮机(1)从其相应第二操作位置(9)移动到相应第三操作位置,
将所述风力涡轮机(1)连接至所述相应第三操作位置处的系泊装置(3),以及
在所述相应第三操作位置处操作所述风力涡轮机(1)。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,估计对所述风力涡轮机(1)的先前磨损影响和/或将来预期磨损影响的步骤是在选自以下组的极端事件之后执行的:海啸、台风、风力涡轮机(1)的部件故障、火山颗粒撞击事件以及鸟类或昆虫迁移撞击事件。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,对于所述浮动式风力涡轮机(1)中的至少一个浮动式风力涡轮机(1),所述第一操作位置在第一风力发电场中,并且所述第二操作位置在与所述第一风力发电场不同的第二风力发电场中。
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