全球能源互联网各章节重要知识点.docx
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全球能源互联网各章节重要知识点
§●●●第一章全能能源发展现状与挑战
第一节全球能源发展现状
1.20世纪60年代，石油超过煤炭成为世界第一大能源。
1973年石油占比达到峰值。
目前煤炭、石油、天然气三分天下，清洁能源快速发展的新格局。
2.按照目前世界平均开采强度，煤炭（可采储量8915亿吨）、石油（2382亿吨）、天然气（186万亿立方米）（合计1.2万亿吨标准煤）全球储采比分别为113年、53年、55年（来自《2014年世界能源统计年鉴》）；中国储采比分别为31年、12年、28年。
煤炭95%分布在欧洲及欧亚大陆亚太北美
石油80%分布在中东北美中南美
天然气70%分布欧洲及欧亚大陆中东地区
3.1吨原煤相当于0.714吨标准煤，1吨原油相当于1.43吨原煤，1000立方米天然气相当于1.33吨标准煤。
4.全球清洁能源资源非常丰富，每年的理论可开发量超过150000万亿千瓦时，约合45万亿吨标准煤，相当于全球化石能源剩余探明可采储量的38倍。
5.2003年后，亚太地区能源消费总量超过北美和欧洲，在全球能源消费地区居于首位。
1980年-2013年，中国能源年消费总量由6亿吨标准煤增长至37.5亿吨标准煤，年均增长率达5.5%，为同期世界年均增长水平的2.8倍。
6.2013年一次能源构成（石油32.5、煤炭30.4%、天然气23.8%、水能6.7%，风能和太阳能2.2%、核电4.4%）。
7.全球化石能源消费呈现总量增加、结构优化、远距离配置规模扩大的发展态势，煤炭、石油和天然气等化石能源超过全球一次能源消费总量的80%。
中国是世界第四大石油生产国。
（前三名：
沙特阿拉伯、俄罗斯、美国）
8.石油是支撑现代工业体系的主导能源。
18世纪80年代，瓦特改良蒸汽机使得煤炭开始被大规模开发利用，推动了第一次工业革命。
（煤炭）19世纪，人类开始开发和利用石油。
1859年世界第一口油井在美洲宾夕法尼亚州投入使用。
20世纪60年代，石油在能源消费结构中的比重超过煤炭，成为世界主导能源。
20世纪中叶以后世界能源发展进入了石油时代，推动了第二次工业革命。
（石油、天然气）1821年美国宾夕法尼亚州最早开始实现天然气商业应用。
煤炭开发利用、蒸汽机发明，推动第一次工业革命，大幅提升了生产水平。
石油开发利用、内燃机和电力发明，推动第二次工业革命，人类进入机械化和电气时代，构建全球能源互联网，将加快清洁能源发展，形成以电为中心、以清洁能源为主导、能源全球配置的新格局，实现全球能源转型升级，引领和推动第三次工业革命。
9.2013年中国天然气产量1170.5亿立方米，是1980年的8.2倍，约占世界天然气产量的3.5%，位居世界第六位。
10.全球水能资源超过100亿千瓦（39万亿千瓦时/年），
陆地风能资源超过1万亿千瓦（2000万亿千瓦时/年），
太阳能资源超过100万亿千瓦（116万亿吨标准煤，相当于2013年世界一次能源消费总量（181.9亿吨标准煤、195亿吨标准煤（包含非商品能））的6500倍），可开发总量远远超过人类全部能源需求。
11.水电开发主要取决于各国水能资源禀赋、电力需求、能源发展战略选择。
---未来大型水电基地的开发重点集中在亚洲、非洲和南美洲等地区。
---亚洲水能资源主要集中在长江、雅鲁藏布江、恒河等流域，理论装机容量超过11亿千瓦。
---2013年底中国水电装机2.8亿千瓦（技术可开发量5.7亿千瓦），约为技术可开发装机容量的一半，未来开发潜力巨大。
---从各大洲看，装机最大的是亚洲3.7亿千瓦，占比36.7%。
世界水电装机排名：
中国、美国、巴西、加拿大、俄罗斯
亚洲水电装机排名：
中国、俄罗斯、日本
风电根据单位面积可安装风电装机容量、满负荷运行小时数，可以测算技术可开发量;基地开发除了考虑风能资源条件外，还需要考虑工程地质、地址范围、自然灾害、土质或近海开发利用等多方面因素。
（已开发的风电主要集中在风能资源优越、接近负荷中心、电网接入条件好的地区。
）（风速4.5米/秒以上）主要受消纳空间和经济性制约。
风力发电综合效率已达38%。
2012年6月，中国超过美国成为第一大风电装机大国。
2013年世界风电装机容量3.2亿千瓦，风电发电量约1400亿千瓦时。
2015年世界装机4.4亿千瓦、中国装机1.3亿千瓦。
太阳能技术可开发量主要取决于太阳辐照强度、转换效率、可利用面积等因素。
（>年辐照强度1500千瓦时/平方米）受技术和成本制约。
主要决定因素为阳光照射角度、大气散射。
太阳能发电规模德国第一，中国第二。
（2015年中国太阳能装机0.42亿千瓦，超越德国。
）太阳能发电是增长速度最快的清洁能源发电种类，第二为风能。
目前光伏组件转换效率16.5%（12%-18%），光热电站转换效率14%。
截至2013年底，世界光伏发电总装机容量达到约1.4亿千瓦，年太阳能发电量1600亿千瓦时，新增装机容量与水电基本相当，且首次超过风电。
2015年世界装机2.4亿千瓦，中国装机0.42亿千瓦。
核能据初步估计，全球核燃料资源相当于全部化石能源的10倍。
2013年，全球共有21个国家开发铀矿，铀年总产量约5.95万吨。
哈萨克斯坦是世界最大铀生产国，年产量2.25万吨，其次是加拿大、澳大利亚，中国保持0.13-0.15万吨。
核泄漏事件：
美国三里岛、苏联切尔诺贝利、日本福岛。
瑞士、德国、意大利先后宣布放弃发展核电。
核发电主要障碍在于安全和核废料处理。
其他清洁能源：
海洋能（潮汐能、波浪能、海流能、温差能、盐差能，2013年全球海洋能发电装机容量53万千瓦）海洋能发电技术中相对成熟的是潮汐发电。
截至2013年底，世界上最大的海洋能发电站是韩国的25.4万千瓦潮汐能电站（始华湖电站）。
生物质能（农业废弃物、林业废弃物、生活废弃物、工业废弃物、人工培育生物质能源、各类能源作物、能源林木，7640万千瓦）欧盟地区是生物质发电规模最大的地区。
利用方式：
供热、发电、生产生物液体燃料
地热能（热水型、热气型、地压型、干热岩型、熔岩型，1171万千瓦）热利用、地热发电。
利用方式：
热利用、地热发电
12.三大清洁能源品种：
水电>核电>风电
13.一极。
北极地区风能资源丰富且分布广，技术可开发量约1000亿千瓦，约占全球陆上风能资源的20%。
俄罗斯最大的风电场为加里宁格勒地区的库利科沃风场，该风电场历经数十年的扩建，目前装机容量为2万千瓦。
北极风电集中开发，向南可以分别送电至东亚、北美洲、欧洲等用电负荷中心，形成北电南送格局。
一道。
赤道太阳能与当地水能、风能资源联合大规模开发，在解决本地用能需求的基础上，向欧洲、亚洲、北美洲及南美洲南部地区提供更清洁的能源供应。
14.2013年全球发电装机容量57.3亿千瓦（亚洲42.5%、北美洲24.5%、欧洲24.3%），年发电量22.5万亿千瓦时（年电力消费为22.1万亿千瓦时），清洁能源发电装机总容量19.4亿千瓦，占总量33.9%。
2013年中国发电装机容量12.58亿千瓦，全年发电量5.37万亿千瓦时。
目前最大单机容量，火电130万千瓦、水电100万千瓦。
世界最大核电站是日本的柏崎刈羽核电站，装有7台沸水堆机组，总容量约为821万千瓦。
1999年，世界第一台兆瓦级风机在丹麦投运。
全球最大的陆上风场位于美国加利福尼亚的阿尔塔风能中心，装机容量102万千瓦，目前扩建中，将达到155万千瓦。
2012年，中国研制出世界第一台93米超大风轮1.5兆瓦超低速风机，在安徽来安风场并网发电。
2014年1月28日，世界第一台8兆瓦海上风电机组正式投入运行。
（丹麦，风机叶片直径164米）
2014年10月29日，中国国家风光储输示范工程完成国内陆上单机容量最大的5兆瓦永磁直驱型风机吊装工作。
（河北张北）总容量67万千瓦。
15.跨国互联电网：
北美互联电网、欧洲互联电网、俄罗斯-波罗的海互联电网
16.截至2013年底，世界220千伏及以上输电线路总长度约为250万千米，变电容量约120亿千伏安（截至2013年中国电网220千伏及以上输电线路长度、变电容量分别为54.3万千米、27.2亿千伏安，在装机规模、输电线路长度、电压等级等方面均居世界第一）。
已建成“三交六直”，在建“四交三直”
3项1000千伏特高压交流输变电工程：
晋东南-南阳-荆门、淮南-浙北-上海、浙北-福州
6项±800千伏特高压直流输变电工程：
向家坝-上海、锦屏-苏南、哈密南-郑州、溪洛渡-金华（浙西）、楚雄-增城、普洱-江门
2011年12月，青藏±400千伏直流联网工程竣工投运后，除台湾省外实现全国联网。
2012年4月，中俄±500千伏直流背靠背联网工程投入商业运行，是中国从境外购电电压等级最高、容量最大的输变电工程。
欧洲电网是全球互联程度最高的洲级电网。
冰岛是世界年人均用电量最多的国家，5.44万千瓦时/年。
第二节世界能源发展面临的挑战
资源：
总量增长、资源制约（化石能源储量有限，能源资源和消费逆向分布）、供应成本（化石能源与清洁能源供应成本“一升一降”）中国石油对外依存度已经超过60%，天然气对外依存度超过30%。
环境：
全球气候变暖（全球化石能源燃烧产生的二氧化碳（320亿吨）占全球人类活动温室气体排放的56.6%，过去的160年里二氧化碳浓度从280ppm上升至400ppm）
生态环境破坏（1952年伦敦烟雾事件，死亡人数4000；全球每年排放二氧化硫1.2亿吨，80%为化石能源燃烧所致（氮氧化物1亿吨）；中国煤炭开采造成地面塌陷面积已达7000平方千米，每年开采煤炭破坏地下水22亿立方米，占污水总量25%）。
----全球能源互联建成时，每年可替代相当于240亿吨标准煤的化石能源，减排二氧化碳670亿吨，碳排放可控制在115亿吨左右，仅为1990年的一半，能够实现全球温升控制在2℃以内的目标。
配置：
化石能源配置（总量大、环节多、输送距离远）、清洁能源配置（全球电力贸易规模很小，折合标准煤±8000万吨，不足化石能源贸易量2%）
效率：
开发（煤炭回采率65%-70%，中国35%；石油采集率34%，中国28%；世界火电煤耗约330克标准煤/千瓦时，风力发电综合效率38%，光伏发电效率12%-18%；化石能源、清洁能源转化效率提升空间均很大）、
配置（解决电煤运输过程环节多、损耗大等问题，关键是转变电力就地平衡发展方式，以输电代替输煤，特别是利用特高压输电具有容量大、距离远、效率高、低损耗、占地少等优势，实现资源配置一步到位）
项目
电压（千伏）
输电能力（万千瓦）
输电距离（千米）
交流
1000
200-600
1000-2000
直流
500
300
1000
±800
±800
2500
1100
1200
5000
使用（能源利用效率低，电能站终端能源消费比重低）
总的来看，世界能源发展在资源、环境、配置、效率等方面都面临重大挑战，特别是化石能源大规模的开发利用，带来大气污染、气候变化、资源枯竭等一系列问题，同时清洁能源发展依然面临成本高、效率低、远距离配置困难等现实问题。
2013年，化石能源跨国跨洲贸易量63亿吨标准煤，石油63%、天然气22%、煤炭15%，跨国跨洲电力贸易为全球化石能源的1.3%。
各洲最高电压：
亚洲1000千伏；北美、非洲765千伏；欧洲、南美洲750千伏；大洋洲500千伏。
§●●●第二章清洁替代和电能替代
第一节世界风电和太阳能发电发展概况
风能=============================
1.1887年，苏格兰特拉斯克莱德大学安德森学院教授詹姆斯在自家别墅里安装了世界上第一台用于发电的风车，标志着人类对风能的利用进入高级阶段。
1999年，世界第一台兆瓦级风机在丹麦投运。
2.2013年世界风电装机容量3.2亿千瓦，约占发电装机总量的5.6%，风电发电量6400亿千瓦时，约占总发电量的2.9%。
全球已有103个国家和地区在开发和利用风电。
2013年全球风电装机容量前三名的国家：
中国、美国、德国。
风电已成为丹麦（34%）、西班牙（21%）的最大电源。
3.风力发电技术主要包括风能资源评估与预测、风电设备制造技术、风电机组测试、并网技术。
（风电机组单机容量持续增大平均1923千瓦（中国1720千瓦）、变桨矩功率调节技术；变桨变速风电机组转速可随风速变化而变化，提高了风电机组效率。
90%风电机组采用了变速恒频技术。
“系统友好型”风电场一般具备三个特征，风电场拥有风功率预测系统，具备短期和超短期功率预测能力，满足调度运行需要；风机具有有功无功调节和低电压穿越能力，确保电网发生波动时风机不解列；集中优化配置有功功率和无功功率控制系统，实现风机远程调节技术。
截至2015年底最大单机容量已达到8兆瓦。
4.中国风机整机年产能约占全球总产能50%。
风机制造商前十名（金风科技第二、国电联合动力第八、明阳电力第九）。
风电经济性取决于风力发电成本，主要因素：
投资成本、运行维护成本、风能资源条件、电网消纳能力。
（风电机组成本约占风电场建设投资的70%）中国风电成本0.45-0.55元/千瓦时。
5.风电政策：
美国：
生产税抵免、可再生能源配额制
欧洲：
提供度电补贴
印度：
成立国家清洁能源基金会
中国：
《中华人民共和国可再生能源法》--优先上网、标杆电价、成本分摊
标杆电价（0.51、0.54、0.58、0.61）
太阳能==========================
6.1839年法国科学家贝克勒尔发现了“光生伏特效应”。
1954年美国贝尔实验室首次制成了实用的单晶硅太阳能电池，诞生了实用光伏发电技术。
2009年-2013年中国“金太阳计划”为屋顶分布式光伏发电项目提供财政补贴,启动了国内光伏发电市场。
7.2013年世界太阳能发电总装机容量1.42亿千瓦，占总装机容量（57.3亿千瓦）的2.5%，太阳能发电量1600亿千瓦时，约占总发电量（22.5万亿千瓦时）0.7%。
光伏发电装机容量前三：
德国、中国、意大利。
晶体硅电池市场份额超过85%，太阳能发电技术向着高效率和薄片化发展，薄膜电池市场份额15%。
高倍聚光电池效率可达30%-40%。
2013年全球多晶硅产能39.3万吨，中国15.1万吨占38.4%，居世界第一。
晶体硅电池产能中国占70.8%，居世界第一。
世界光伏电站造价1500美元/千瓦。
光热电发电投资成本4000-9000美元/千瓦。
8.太阳能发电政策：
美国：
技术研发、退税政策给予补贴。
2010年通过“千万太阳能屋顶计划”
欧洲：
电价激励政策
印度：
2009年推出“尼赫鲁国家太阳能计划”。
2015年印度总理莫迪提出2020光伏发电装机容量达到1亿千瓦的目标。
中国：
2009年“金太阳工程”给予50%初始投资补贴，2013年确定了三类太阳能资源区标杆上网电价0.9、0.95、1元/千瓦时，补贴0.42千瓦时。
预计2020年1亿千瓦装机容量。
第2节清洁替代
1、清洁替代，是指在能源开发上，以清洁能源替代化石能源，走绿色低碳发展道路，逐步实现从化石能源为主、清洁能源为辅向清洁能源为主、化石能源为辅转变。
必然性：
保障能源供应、保护生态环境、推动经济发展。
如果全球风电、太阳能发电保持年均12.4%的增长率（新闻-全球和我国清洁能源分别保持12.4%和13%的年均增速，清洁能源比重均可提高到80%以上），到2050年清洁能源将能够满足世界能源需求总量的80%。
燃烧1吨标准煤的原煤、原油、天然气将分别产生二氧化碳2.77吨、2.14吨（2.15吨）、1.64吨（1.65吨）。
每千瓦时风电或光伏发电替代煤电可减排二氧化硫2.2克，氮氧化物2.0克，粉尘0.38克。
2014年11月12日，中美两国共同发布《中美气候变化联合声明》，中国政府提出2030年左右碳排放达到峰值，将非化石能源在一次能源中的比重提升到20%左右（2007年欧盟“20-20-20”战略提出2020年将温室气体排放量在1990年的基础上减少20%，2020年可再生能源占一次能源消费的20%，能源利用效率提高20%。
2009年美国《清洁能源与安全法案》，目前已有120个国家制定相关法律法规或行动计划）。
2、清洁替代的关键技术：
一是清洁能源高效转换技术；二是清洁能源大范围配置技术；三是清洁能源并网消纳技术；四是极端条件下风电和太阳能发电技术。
3、平价上网：
上网侧平价上网、用户侧平价上网。
IEA预测风电、太阳能发电上网侧平价于2020年、2025年实现。
电能的经济效率是石油的3.2倍、煤炭的17.3倍。
1999年12月美国国家工程院评选委员会遴选20世纪对社会产生最大影响的工程成就，第一项为电气化。
电气化是现代社会的重要标志，实施电能替代是提升电气化水平的重要内容。
衡量电气化水平通常有两个指标：
一是发电用能占一次能源消费的比重，二是电能占终端能源消费的比重。
第三节电能替代
1、电能替代，是指在能源消费上，以电能替代煤炭、石油、天然气等化石能源的直接消费，提高电能在终端能源消费中的比重。
电能替代战略“以电代煤、以电代油、电从远方来、来的是清洁电”。
必然性：
提高能源效率、促进清洁发展、提高电气化水平。
2、电能转换效率：
天然气55%-58%；石油50%-55%；煤炭40%-50%。
电动汽车的能源利用效率是燃油汽车的1.5-2倍。
电能的终端利用效率最高，可以达到90%以上，燃气的终端利用效率为50%-90%；煤炭的终端利用效率相对更低。
汽油内燃机直接燃油效率在30%左右，燃煤发电机组效率最高在50%左右。
3、2013年中国国务院发布了《大气污染防治行动计划》，提出严控东中部地区新建燃煤电厂，用输电替代输煤，满足用能需求。
4、根据中国国家电网公司规划，到2022年将全面建成特高压交直流电网，具备4.5亿千瓦电力大范围配置能力，满足输送5.5亿千瓦清洁能源的需求，每年可消纳清洁能源1.7万亿千万时，替代原煤7亿吨，减排二氧化碳14亿吨、二氧化硫390万吨。
（特高压电网要在2020年建成东北和西部同步电网）
5、能源转型趋势：
能源低密度到高密度，能源载体由高碳到低碳。
初期实行“传统能源的清洁高效利用”、“清洁能源开发利用”双轮驱动。
能源革命的实质是实现能源的高效利用和绿色低碳。
§●●●第三章全球能源观
第一节能源发展规律
1.能源发展：
能源结构从高碳到低碳，能源利用从低效到高效，能源配置从局部平衡到大范围配置的深刻变革。
最近100年全球气温上升了0.74℃。
18世纪后期，蒸汽技术创新对能源产生了划时代的意义，推动了煤炭的大规模高效开发和利用；19世纪后期，随着内燃机、电动机的出现和广泛应用，以石油和电力为代表的新的能源形势登上了历史舞台。
第二节全球能源观
全球能源观坚持以全球性、历史性、差异性、开放性的观点和立场来研究和解决世界能源发展问题，更加注重能源与政治、经济、社会、环境的协调发展，更加注重各种集中式（基地式）与分布式清洁能源的统筹开发，要求以“两个替代”为方向，以全球能源互联网为载体，统筹全球能源资源开发、配置和利用，保障世界能源安全、清洁、高效、可持续供应。
总体目标：
可持续发展
战略方向：
“两个替代”
基本原则：
统筹协调
发展趋势：
清洁化、电气化、网络化、智能化
战略重点：
构建全球能源互联网
核心内容：
以全球性、历史性、差异性、开放性的观点和立场研究和解决能源问题
全球性（开发、配置、安全、环境）
历史性（能源发展与社会发展历史紧密关联、能源发展与技术创新历史紧密关联、能源发展各环节不断从低层次向高层次演进）、
差异性（资源禀赋、发展水平、地缘政治）、
开放性（能源资源、能源系统、能源市场）
能源开发从高碳向低碳发展的规律性，决定了以清洁能源为主导的能源生产趋势，这是全球能源互联网开发清洁能源、推进清洁替代的理论基础。
能源利用从低效向高效发展的规律性，决定了以电为中心的终端能源消费趋势，这是实施电能替代、提高能源利用率的理论基础。
能源配置从局部平衡到大范围互联发展的规律性，决定了以电网为平台的能源输送，是实施“两个替代”的重要基础。
全球能源互联网是以互联网理念构建的能源、市场、信息、服务高度融合的新型能源体系构架，具有平等、互动、开放、共享等互联网典型特性。
集中式开发：
规模大、效率高、经济性好
分布式开发：
因地取能、分散灵活、靠近负荷中心（能源梯级利用，效率高）
§●●●第四章全球能源电力供需
第一节影响能源供需的主要因素
能源供需格局方向：
生产清洁化、配置全球化、消费电气化
全球经济政策方向：
全球化、均衡化、低碳化
能源供需五大影响因素：
经济社会发展、能源资源禀赋、能源环境约束、能源技术进步、能源政策调控。
第二节全球能源供需
能源系统分析模型：
终端能源需求--能源加工转换--一次能源需求
全球能源需求布局受全球经济一体化进程的影响最大。
预计2030年中国超过美国成为全球最大经济体。
2010年-2050年人口（69.2亿-95.5亿），年均经济增长率3%，全球能源消费产生的二氧化碳排放量减少40%-70%，到2050年控制在120亿吨（115亿吨）以内，较1990年下降50%。
总体看，2010年-2050年世界经济平均增长率3%，能源需求维持近1.2%的增长率，能源消费弹性系数在0.4左右。
1965年到2014年化石能源消费从51亿吨标准煤上升到159亿吨标准煤。
2013年全球GDP74万亿美元，人口约72亿，一次能源需求195亿吨标准煤。
2030年一次能源需求230亿吨标准煤。
2050年全球GDP220万亿美元，人口95.5亿，一次能源需求300亿吨标准煤--化石能源63亿吨标准煤、237亿吨标准煤）亿吨标准煤。
人均能源消费2.7吨标准煤--->3.1吨标准煤
2013年一次能源构成煤炭、石油、天然气分别占30.4%、32.5%、23.8%
（水能6.7%，核电4.4%，风能和太阳能（非水可再生能源）2.2%）。
2013年全球能源消费结构：
煤炭、石油、天然气分别占30.1%、32.9%、23.7%，化石能源占比86.7%。
2013年，亚洲、欧洲、北美洲一次能源消费占全球比重39.4%、23.0%、21.9%
电能占终端能源消费比重：
2010年17.7%，2030年25%，2050年52.2%。
2050年非化石能源，88%以电力形式使用，其他以热力形式使用。
第三节全球电力需求
2010年-2050年，全球电力需求由21.4万亿千瓦时增加至73万亿千瓦时（清洁能源发电量66万亿千瓦时（亚洲占49%），占总电量90%、分布式发电量11万亿千瓦时占比15%），年均增长3.1%（是能源需求增长率（1.2%，饱和特征）的2.6倍），年人均用电量由3096千瓦时增加至7654千瓦时，增长1.5倍，年均增长2.3%
通过全球能源互联网，全球清洁能源只需保持年均12.4%的增速，到2050年清洁能源占比可提高到80%以上。
第四节未来全球能源开发格局
预计2050年全球化石能源供应量下降到63亿吨标准煤，非化石能源增长到237亿吨标准煤。
预计到2050年全球发电结构中太阳能发电比重达到35%、风能发电比重达到31%、水电14%、生物质及其他6%、化石能源（天然气和煤电）10%
预计到2050，本地集中式开发的水能、风能、太阳能等可再生能源发电量占总发电量55%，分布式发电量约占15%，一极一道发电量16%左右。
预计2040年亚洲核电发电量达到峰值。
IEA估计，撒哈拉以南非洲需要投资3000亿美元，才能在2030年前告别缺电。
中国陆地表面每年接受太阳辐射相当于4.9
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