KR20100016369A - 조력 터빈의 배치를 위한 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수력 터빈(hydroelectric turbine)의 배치를 위한 시스템 및 방법에 관한 것으로, 베이스 및 상기 베이스가 선박의 밑에 고정될 수 있는 상기 선박을 포함하되, 상기 수력 터빈은 갑판 상부에서 상기 베이스에 고정되며, 상기 선박으로부터 상기 베이스와 함께 풀리도록 구성될 수 있다.
베이스, 수력 터빈, 선박, 지지체
Description
본 발명은 수력 터빈의 배치를 위한 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수력 터빈과 그 관련 베이스를 해저 바닥에 배치하는 작업을 간소화함에 더하여, 상기 터빈과 그 베이스가 배치될 장소로의 수송을 대폭 간소화할 수 있는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
화석 연료의 사용에 따른 지구상에 미치는 환경 재앙의 영향으로 인해, 태양 에너지, 풍력 에너지 및 조력 에너지를 개발하기 위한 많은 프로젝트와 더불어, 마침내 신재생 에너지에 대한 관심이 크게 증가하고 있는 사항이다. 이런 여러 형태의 대체 에너지 중, 조력 발전에 대한 관심이 가장 두드려지는데, 이는 조력 흐름은 상대적으로 간헐적으로 발생하며 그로 인해 덜 신뢰할 수 밖에 없는 바람이나 태양 에너지와 달리, 전적으로 예측 가능하고 지속적이기 때문이다.
하지만, 조력 에너지를 활용한다는 것은, 예를 들어 그 발전 방식의 특성상 상대적으로 빠른 유속을 가진 조류 속에, 특히 해저에 배치해야 하는 수력 발전 터 빈과 같은 조력 발전기의 설치 및 유지와 관련하여 그 자체로 큰 난관에 봉착하게 된다. 또한, 경제적인 관점에서 이런 터빈들은 대형화될 수 밖에 없다. 그 결과, 터빈 및 그 관련 베이스/지지체들은 대형화되고 무거운 부품으로 형성되어, 그 배치를 위해서는 상당히 큰 기중기 및 수송 장비를 필요로 하게 된다. 이런 대형 기중기의 사용은 일반적으로 위험한 작업일 수 밖에 없는데, 특히 까다롭고 불안정한 조건하에 이런 장비를 바다에서 동작시키는 것은 더욱 위험한 상황을 초래할 수 있다.
이런 설치 공정은 굴착작업을 위한 적당한 선박 및 장비의 부족과 더불어 조수의 흐름이 높은 지역에서 작업해야 하는 잠수부들이 처할 수 있는 심각한 위험성으로 인해 더욱 복잡해진다.
따라서, 본 발명은 수력 터빈(hydroelectric turbine)의 배치를 단순화할 수 있도록 베이스에 미리 설치된 수력 터빈의 배치를 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
첨부된 도면을 참조하여, 수력 터빈(10, 여기서는 도 6 및 도 7에만 도시됨)의 배치를 위한 시스템 및 방법을 설명함에 있어, 이하 상세하게 설명될 터빈(10)을 위한 베이스(12)의 사용을 포함한 시스템 및 상기 베이스(12)과 결합될 수 있는 선박(14)에 관하여 설명하고자 한다. 본 발명에 따른 시스템 및 방법은 이하 명백해지겠지만 실질적으로 수력 터빈(10)의 배치를 위해 대형 기중기를 필요로 하지 않으며, 따라서 배치 공정을 대폭 단순화할 수 있다.
베이스(12)를 도시한 본 실시예는 세 개의 다리(18)를 가진 삼각형 프레임(16)을 포함하고 있지만, 본 발명에 따른 시스템 및 방법에 관한 상세한 설명으로부터 상기 베이스(12)는 하나의 예에 불과하며 이에 대한 다른 형태나 구성이 가능함을 이해할 수 있다. 배치를 하기에 앞서, 예를 들면 바다와 같은 물(W) 인근의 부두(Q)에 베이스(12)가 위치한다. 베이스(12)는 완전 조립상태로 부두(Q)로 수송될 수도 있으며, 더욱 바람직하게는 부두(Q)에서 조립될 수도 있다.
도 2를 참조하면, 베이스(12)는 부두(Q)에서 들어올려져 부두(Q) 근처의 해저(B)에 내려지게 된다. 이때, 프레임(16)은 상대적으로 경량이며, 따라서 상대적으로 작은 크레인(미도시) 등을 사용하여 부두(Q)에서 옮기는 것이 가능하다.
리프팅 라인(20) 및 관련 부표(22)는 베이스의 각 코너부분에 연결되며, 바람직하게는 해저(B)에 베이스(12)를 하강하기 전에 연결될 수 있다. 리프팅 라인(20)의 개수는 베이스(12)의 크기 및 형태에 따라서, 또는 다른 운영 요구사항에 따라 변경될 수 있다.
도 3을 참조하면, 선박(14)은 부두(Q) 인근에 위치한 베이스(12)의 바로 상부로 이동된다. 선박(14)에는 세 개의 윈치(24) 형태의 로드베어링 수단이 제공되며, 리프팅 라인(20)의 각각은 윈치(24)의 각각에 고정된다. 따라서, 도 4에 도시된 것처럼, 윈치(24)는 베이스(12)를 선박(14) 하부 위치로 인양하는데 사용될 수 있다. 물론, 윈치(24)에 상응하는 기능을 가진 다른 형태가 적용될 수 있으며, 윈치(24)의 개수 및 그 위치도 필요에 따라 변경될 수 있음을 이해할 수 있다. 선박(14) 및/또는 베이스(12)에는 일단 그 위치에 인양되어지면 선박(14)의 밑에 베이스(12)를 고정하도록 맞춰진 결속 수단(미도시)이 제공될 수 있다. 그로 인해, 베이스(12)가 위치에 고정되는 즉시, 윈치(24)로부터 부하가 제거된다. 그러나, 윈치(24)는 상기 결속 수단으로서 기능할 수도 있다.
도시된 실시예에서 보듯이, 선박(14)은 서로 결속되도록 한 쌍의 크로스 부재(28)로 연결된 납작한 배(26, pontoon)의 형태를 가진 한 쌍의 선체로 구성됨을 알 수 있다. 상기 크로스 부재(28) 사이의 공간은 선박(14)에서 포털(30, portal)를 형성하기 위해 빈 공간으로 남겨진다. 그 결과, 베이스(12)는 선박(14)의 상부에서 포털(30)을 통해 접근될 수 있다. 따라서, 도 5를 참조하면, 한 쌍의 지지체(32)가 베이스(12)에 연결되며, 그 작업은 선박(14) 위에서 이루어질 수 있다. 마찬가지로 여기에 사용된 것처럼, 용어 "지지체"는 적당한 방식으로 터빈(10)을 베이스(12)에 연결할 수 있는 시스템 또는 메커니즘을 뜻하는 것으로 이해될 수 있으며, 도시된 바와 같이 반드시 한 쌍의 지지체(32)에 의해 묘사된 수직 형상일 필요는 없다.
베이스(12)가 선박(14) 밑에 안전하게 고정된 바와 같이, 필요하다면, 그 자체의 중량으로 베이스(12) 및 터빈(10)이 해저바닥에 고정적으로 안착될 수 있는 수준으로 베이스(12)의 무게를 늘리기 위해서 밸러스트(ballast)가 베이스(12)에 더해질 수 있다. 이런 밸러스트는 상기 단계에서만 더해지기 때문에, 윈치(24)는 베이스(12)를 선박(14)의 밑으로 인양할 때, 이런 초과 부하를 부담할 필요가 없다. 또한, 상기 단계에서 밸러스트를 실음으로 인해, 부두(Q)로부터 베이스(12)를 처음 들어올려 해저바닥(B)에 내려 놓을 때, 리프팅(lifting)을 수행하는 크레인이 밸러스트의 무게까지 부담할 필요가 없어지며, 이로 인해 상대적으로 작은 크레인이 적용될 수 있다.
도 6을 참조하면, 터빈(10)은 부두(Q)에 위치한 상대적으로 작은 크레인을 사용하여 베이스(12) 위에, 특히 지지체(32) 위에 내려진다. 그런 다음, 터빈(10)은 지지체(32)에 고정되며, 바다에 위치한 배치 장소로 수송하기 위한 준비가 완료된다.
터빈 관련 기술이 발전함에 따라, 터빈이 대형화되고, 이로 인해 선체 또는 납작한 배(26) 간의 거리가 커질 거란 것은 예상할 수 있다. 그러나, 앞쪽 크로스 부재(28)의 가운데에 위치한 윈치(24)는 상당한 부하를 부담하게 되며, 지지되어 있지 않은 상태이다. 따라서, 대형 터빈을 위한 (또는 실제로 단일 베이스(12) 위에 두 개 이상의 터빈(10)이 안착되는 경우를 위한) 선박(14)의 디자인은 예를 들어 트라이-마란(tri-maran)과 같은 쌍동선(catamaran) 디자인 이외의 다른 형태를 가질 거란 것은 예상할 수 있다. 선박(14)의 모듈형 특성은 이런 변형을 가능하게 하며 이를 쉽게 달성할 수 있다.
또한, 선박(14)의 모듈형 특성은 선박(14)이 쉽게 해체될 수 있도록 하며, 대형 화물선의 선체에 적재되어 지구 상의 다음 설치 장소로 수송되는 것을 가능하게 한다. 이런 접근법은 대형 화물선이 상기 선박(14)보다 훨씬 악조건 속에서도 항해하는데 유리하기 때문에 시간을 절약할 수 있다. 또한, 이런 모듈형 접근법은 장래에 다른 형태의 베이스(12)를 위해 (즉, 더 큰 터빈을 배치하기 위해 크로스 부재(28)의 길이를 늘리는 것으로 쉽게 달성될 수 있는 선체(26) 간의 거리를 넓히는 것이 바람직한 경우를 위해) 재구성될 수 있음을 뜻한다. 이것은 완전히 새로운 선박을 건조할 필요가 없는 것처럼 분명한 비용절감 효과를 가지고 있다.
이런 선박(14)의 형태로 실현될 수 있는 다른 장점은 크로스 부재(28)가 물 밖에 위치하고 납작한 배(28)만이 물 속에 자리하여 상당히 작은 저항만이 존재함으로 인해 이를 견인하기가 쉽다는 것이다. 이런 디자인의 특성은 크로스 부재가 물 속에 잠기는 다른 대안 디자인에 비해서 조류 흐름에 그 자신을 평행시킨다는 것이다. 다른 대안 디자인은 덜 유선형이며, 조류의 흐름과 평행해질 가능성이 적다. 이는 터빈(10)을 배치하는 경우, 터빈(10)을 하강시키는 동안 조류가 흐를 때에 중요한 역할을 하는데, 선박(14)은 조류에 정확히 방향을 맞추며, 따라서 터빈(10)은 올바른 방향으로 자동으로 배치될 수 있다.
또한, 선박(14)의 디자인에 대한 모듈형 접근법은 설치 공정 동안 사용될 추가적 장비를 선박(14)에 신속하고 쉽게 안착되도록 허락한다. 이런 장비를 지지하기 위한 플랫폼(미도시)이 종래의 모듈러 커넥터(미도시)를 이용하여 선박(14)에 쉽게 연결될 수 있다.
도 7를 참조하면, 일단 선박(14), 베이스(12) 및 터빈(10)이 배치 장소 상에 위치하게 되면, 베이스(12) 및 터빈(10)은 그 위치로 하강되도록 할 수 있다. 이는 선박(14) 밑으로부터 베이스(12)가 하강되도록 하는 윈치(24)를 푸는 단순한 공정이다. 만약 베이스(12) 및/또는 선박(14)에 잠김 수단(미도시)이 제공되는 경우, 윈치(24)를 풀기 전에 상기 잠김 수단이 해제될 필요가 있다. 선박(14) 내의 포털(30)는 이를 통해 터빈(10)을 밑으로 통과시킬 수 있도록 형성되고 그 치수가 결정되며, 따라서 결합된 터빈(10) 및 베이스(12)는 선박(14)으로부터 함께 내려질 수 있다. 해저 바닥(B)에 베이스(12)가 위치한 다음에는 터빈(10) 및 베이스(12)를 함께 결합하기 위한 더 이상의 작업은 수행되어선 안되며, 따라서 배치 공정을 대폭 단순화할 수 있다. 또한, 선박(14) 상에서 운영되는 크레인 등과 같은 기중 장비가 필요하지 않다.
또한, 베이스(12)와 선박(14) 간의 연결은 해저 바닥(B)으로부터 베이스(12) 및 터빈(10)을 회수하기 위해서, 위에 상술한 공정의 역방향으로의 진행도 가능하게 한다. 선박(14)은 베이스(12) 상에서 베이스(12)에 연결되며, 베이스(12)는 선박(14) 하부 위치로 인양될 수 있으며, 다시 해변이나 다른 원하는 위치로 수송하기 위해 선박 밑에 단단히 고정되어 연결된다.
터빈(10)을 배치 장소로 수송하기 전, 부두(Q)에 인접하여 위치하는 동안, 다양한 테스트를 터빈(10) 및 베이스(12)에 적용하는 것이 바람직하다. 따라서, 도 6을 참조하면, 일단 터빈(10)이 베이스(12)에 고정되면, 선박(14)이 부두(Q)에 인접하여 위치하는 동안, 베이스(12) 및 터빈(10)은 해저 바닥(B)에 내려질 수 있다. 리프팅 라인(20)은 베이스(12)가 해저 바닥(B)에 위치하는 동안, 도 7에 도시된 배치 장소로 수송하기 위하여, 베이스(12) 및 터빈(10)이 선박(14) 밑으로 신속하고 쉽게 회수될 수 있도록 베이스(12) 및 선박(14) 사이에서 고정되어 존재한다. 베이스(12)가 해저 바닥(B)에 위치하는 동안, 예를 들면 베이스(12) 및/또는 터빈(10)에 위치한 원격 측정 센서(미도시)의 테스트/교정 등과 같은 다양한 테스트가 진행될 수 있다. 일단 이런 테스트가 완료되면, 베이스(12)는 선박(14) 밑으로 다시 인양되며, 이로 인해 터빈(10)은 다시 선박(14)의 갑판 위에 위치하게 된다. 도 7을 참조하여 위에 설명한 것처럼, 선박(14)은 비로소 배치 장소로 수송될 수 있다. 만약 이런 테스트에서 상기 터빈(10) 또는 베이스(12)의 어떤 측면과 관련하여 문제가 밝혀지는 경우, 부두(Q)에 인접하여 위치함으로 인해 그 둘은 신속히 물(W)에서 인양될 수 있다. 실제로 터빈(10)의 여러 측면과 관련하여 단지 하나의 문제가 발생하는 경우, 추가 테스트 및/또는 수리를 위해 터빈(10)은 베이스(12)로부터 제거되어 부두 상으로 옮겨질 수 있다. 상기 터빈(10)이 수리되어 복귀되는 동안, 베이스(12)는 선박(14) 밑에 고정되어 남겨지게 된다.
본 발명의 시스템은 베이스(12)에 안착된 터빈(10) 없이 베이스(12)를 해저 바닥(B)에 배치하기 위해 사용될 수 있으며, 상기 터빈은 적당한 수단을 통해 베이스(12)에 연결되게 됨을 예상할 수 있다.
따라서, 본 발명의 시스템 및 방법은 수력 터빈(10)을 배치함에 있어 단순하면서도 굉장히 효율적인 수단을 제공하고, 대형 기중기의 사용 가능성을 최소화하여 선박(14) 위에서, 특히 배치 장소에서, 이런 장비의 사용 가능성을 제거하는 것으로 이해할 수 있다.
도 1은 부두에 세워진 터빈을 위한 베이스를 나타낸 도면.
도 2는 부두에 인접한 해저 바닥으로 내려진 도 1의 베이스를 나타낸 도면.
도 3은 베이스 상부 및 부두에 인접하여 떠다니는 배치 선박을 나타낸 도면.
도 4는 도 3의 선박을 나타낸 것으로서, 선박의 밑에 직접 위치하도록 베이스를 인양하는 것을 나타낸 도면.
도 5는 도 4의 선박 및 베이스를 나타낸 것으로서, 한 쌍의 지지체가 선박을 통과하여 베이스에 고정된 것을 나타낸 도면.
도 6은 도 5의 선박 및 베이스를 나타낸 것으로서, 지지체에 수력 터빈을 연결하는 것을 나타낸 도면.
도 7은 배치 장소에 위치한 선박을 나타낸 것으로서, 해저 바닥을 향해 베이스 및 터빈을 하강시키는 것을 나타낸 도면.
본 발명의 일 측면에 따르면, 베이스; 상기 베이스에 지지되는 수력 터빈; 떠있는 동안, 상기 베이스를 해제 가능하도록 그 밑에 결속하는 해양 선박을 포함하되, 상기 선박은, 상기 베이스가 상기 선박으로부터 해제되어 하강되도록 하고,, 및/또는 상기 선박의 밑으로 상승하여 연결되도록 하며, 상기 베이스는 상기 베이스가 상기 선박의 밑에 연결될 경우, 상기 선박를 통과하여 위로 돌출되는 지지체를 포함하고, 상기 선박은 포털을 포함하되, 상기 지지체는 상기 베이스가 상기 선박의 밑에 안착될 경우, 상기 포털을 통하여 돌출되며, 상기 지지체가 안착된 터빈은 상기 포털을 통과할 수 있는 것을 특징으로 하는 수력 터빈 배치 시스템이 제공 된다.
바람직하게는, 상기 선박은 상기 선박에 상응하여 상기 베이스를 상승 및/또는 하강시키는 로드 베어링 수단을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 로드 베어링 수단은 하나 이상의 윈치를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 선박은 서로 연결된 적어도 한 쌍의 선체를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 시스템은 상기 베이스가 상기 선박 밑에 고정되는 경우 밸러스트를 상기 베이스에 고정할 수 있다.
바람직하게는, 상기 선박은 모듈화 될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 수력 터빈 배치를 위한 방법으로서, 선박 밑에 상기 터빈을 위한 베이스를 고정하는 단계; 상기 베이스의 지지체에 상기 터빈을 고정하는 단계; - 상기 지지체는 상기 선박를 통하여 위로 돌출됨 - 배치 장소에 상기 선박을 수송하는 단계; 및 상기 선박 밑으로부터 상기 베이스를 해제하는 단계를 포함하며, 상기 선박 밑으로부터 상기 베이스를 해제하는 단계는, 상기 터빈이 상기 선박을 통과하도록 하는 것을 특징으로 하는 수력 터빈 배치 방법이 제공된다.
바람직하게는, 상기 베이스를 고정하는 단계는, 상기 베이스를 수역(body of water)의 바닥에 위치시키는 단계; 상기 베이스 상에 상기 선박을 위치시키는 단계; 및 상기 선박의 밑으로 상기 베이스를 상승시키는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 베이스를 수역(body of water)의 바닥에 위치시키는 단계 이전에, 하나 이상의 리프팅 라인을 상기 베이스에 고정하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 선박의 밑으로 상기 베이스를 상승시키는 단계는, 상기 선박 상의 로드 베어링 수단을 활용할 수 있다.
바람직하게는, 상기 선박의 밑에 상기 베이스를 고정하는 단계 이후에, 상기 베이스에 밸러스트를 더하는 단계를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 선박의 밑에 상기 베이스를 고정하는 단계 이후에, 상기 지지체를 상기 베이스에 고정하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 배치 장소에 상기 베이스를 배치하는 단계 전에, 상기 베이스 및/또는 상기 터빈의 다양한 동작 파라미터(parameter)를 테스트 장소에서 테스트하는 단계를 더 포함할 수 있다.
Claims (13)
- 베이스(12);상기 베이스(12)에 지지되는 수력 터빈(10);떠있는 동안, 상기 베이스(12)를 해제 가능하도록 그 밑에 결속하는 해양 선박(14)을 포함하되,상기 선박(14)은, 상기 베이스(12)가 상기 선박으로부터 해제되어 하강되도록 하고,, 및/또는 상기 선박(14)의 밑으로 상승하여 연결되도록 하며, 상기 베이스(12)는 상기 베이스(12)가 상기 선박(14)의 밑에 연결될 경우, 상기 선박(14)를 통과하여 위로 돌출되는 지지체(32)를 포함하고,상기 선박(14)은 포털(30)을 포함하되,상기 지지체(32)는 상기 베이스(12)가 상기 선박(14)의 밑에 안착될 경우, 상기 포털(30)을 통하여 돌출되며, 상기 지지체가 안착된 터빈(10)은 상기 포털(30)을 통과할 수 있는 것을 특징으로 하는 수력 터빈 배치 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 선박(14)은 상기 선박(14)에 상응하여 상기 베이스(12)를 상승 및/또는 하강시키는 로드 베어링 수단(24)을 포함하는 수력 터빈 배치 시스템.
- 제2항에 있어서,상기 로드 베어링 수단(24)은 하나 이상의 윈치(24)를 포함하는 수력 터빈 배치 시스템.
- 전술한 청구항들 중 어느 하나의 항에 있어서,상기 선박(14)은 서로 연결된 적어도 한 쌍의 선체(26)를 포함하는 수력 터빈 배치 시스템.
- 전술한 청구항들 중 어느 하나의 항에 있어서,상기 시스템은 상기 베이스(12)가 상기 선박(14) 밑에 고정되는 경우 밸러스트를 상기 베이스(12)에 고정하는 것을 특징으로 하는 수력 터빈 배치 시스템.
- 전술한 항들 중 어느 하나의 항에 있어서,상기 선박(14)은 모듈화되는 것을 특징으로 하는 수력 터빈 배치 시스템.
- 수력 터빈(10) 배치를 위한 방법으로서,선박(14) 밑에 상기 터빈(10)을 위한 베이스(12)를 고정하는 단계;상기 베이스(12)의 지지체(32)에 상기 터빈(10)을 고정하는 단계; - 상기 지지체(32)는 상기 선박(14)를 통하여 위로 돌출됨 - 배치 장소에 상기 선박을 수송하는 단계; 및상기 선박 밑으로부터 상기 베이스를 해제하는 단계를 포함하며,상기 선박 밑으로부터 상기 베이스를 해제하는 단계는, 상기 터빈이 상기 선박을 통과하도록 하는 것을 특징으로 하는 수력 터빈 배치 방법.
- 제7항에 있어서,상기 베이스(12)를 고정하는 단계는,상기 베이스(12)를 수역(body of water)의 바닥에 위치시키는 단계; 상기 베이스(12) 상에 상기 선박(14)을 위치시키는 단계; 및상기 선박(14)의 밑으로 상기 베이스(12)를 상승시키는 단계를 포함하는 수력 터빈 배치 방법.
- 제8항에 있어서,상기 베이스(12)를 수역(body of water)의 바닥에 위치시키는 단계 이전에, 하나 이상의 리프팅 라인(20)을 상기 베이스(12)에 고정하는 단계를 포함하는 수력 터빈 배치 방법.
- 제8항 또는 제9항에 있어서,상기 선박(14)의 밑으로 상기 베이스(12)를 상승시키는 단계는, 상기 선박(14) 상의 로드 베어링 수단(24)을 활용하는 것을 특징으로 하는 수력 터빈 배치 방법.
- 제7항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서,상기 선박(14)의 밑에 상기 베이스(12)를 고정하는 단계 이후에, 상기 베이스(12)에 밸러스트를 더하는 단계를 더 포함하는 수력 터빈 배치 방법.
- 제7항 내지 제11항 중 어느 하나의 항에 있어서,상기 선박(14)의 밑에 상기 베이스(12)를 고정하는 단계 이후에, 상기 지지체(32)를 상기 베이스(12)에 고정하는 단계를 포함하는 수력 터빈 배치 방법.
- 제7항 내지 제12항 중 어느 하나의 항에 있어서,상기 배치 장소에 상기 베이스(12)를 배치하는 단계 전에, 상기 베이스(12) 및/또는 상기 터빈(10)의 다양한 동작 파라미터(parameter)를 테스트 장소에서 테스트하는 단계를 더 포함하는 수력 터빈 배치 방법.
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