中國智能電網發展
發布時間:2012/4/26 10:17:38 訪問次數:777
2011年全面建設階段以后,智能電網新建設的項目包括兩類:一類為推廣項目,另一類為新增試點。推廣項目是在試點充分、技術成熟、設備研制取得突破、技術標準相對完備的前提下,確定的智能電網項目。新增試點必須是試點充分、技術成熟、設備研制取得突破、技術標準相對完善的智能電網項目。
在智能電網的建設過程中,智能電網的安全問題也引起了電網部門的重視。目前智能電網的安全問題包括了電網的安全、信息的安全、用戶安全三方面內容。三者是相輔相成、互相支持的關系。
首先,就電網安全來講,安全性是電網運行的首要要求。未來隨著智能電網的發展,特別是清潔能源大規模的發展,將對電網安全帶來了新的挑戰。清潔能源發電的間歇性,隨機性等不確定性因素,對于電網的運行和調度提出了更高要求,隨著未來大電網發展,該影響范圍將呈現擴大趨勢。
目前,清潔能源的發展對電網的挑戰主要體現在兩個方面:其一是并網的問題,其中涉及到電網和電源的統一規劃問題;其二是遠距離輸送和大規模消納的問題。我國新能源發展相對集中,比如風電,大多集中在西北地區,同時西北地區電力需求相對較少,這就決定了未來我國新能源規模開發和遠距離輸送的問題。
系統的調峰調頻也成為限制電網接受清潔能源的一個主要因素。從目前來看,東北的風電在全國風電發展中較為領先,在實際的發展中,他們首先面臨的也是調峰和調頻的問題,這樣就需要電源形式、發電企業和電網企業共同承擔調峰的責任。堅強智能電網旨在提高電力體系安全性,在提高清潔能源規劃與電網規劃的協調性的同時,重視新能源介入電網的運行分析以及并網的運行控制。
在信息安全方面,智能電網建設將運用大量的狀態監測內容以及用戶用電信息的采集內容,未來由于智能電網可以實現對電網全景信息的獲取,大量的信息屆時將接入智能電網信息網路系統,因此智能電網的信息安全也就成為電網企業安全運營的又一重要基礎。智能電網的信息安全問題主要包括智能電網信息安全的風險分析、安全體系的構建、安全防護策略、安全風險評估以及安全管理對策等內容。
在用戶的安全方面,智能電網強調電網與電源以及電網與用戶的互動,用戶將成為智能電網重要的組成部分,面對多樣化的用電服務,用戶的安全問題,包括用戶信息的安全和隱私,也將成為首要的考量因素。
智能電網建設是一項長期復雜的系統工程,離不開各個利益相關方的參與和推動。其利益相關方涵蓋電力系統全產業鏈,以及政府、裝備和服務供應商、金融機構、科研機構等多個方面,而且各利益相關方的關注點也各有側重。因此,凝聚共識,增強合力,建立健全、協調互動、和諧共贏的合作機制,形成共同推進智能電網建設的良好局面,對于未來智能電網的發展尤為重要。智能電網的發展并不是從“零”開始,中國電網經過多年建設,已經具備一定的自動化、信息化水平,更有部分電網技術和裝備已處于國際領先水平,為智能電網進一步發展奠定了良好的基礎,未來將是智能化水平迅速提升的新階段。
中外智能電網發展對比
關于智能電網的發展,世界各國有其不同的出發點,其中共同的目的無疑是應對氣候變化,解決能源安全、能源可持續供給和電網自身的升級換代和改造等問題,加之智能電網對于經濟發展的帶動作用,各國迅速掀起智能電網研究和建設的熱潮。
對于不同的國家,智能電網研究、建設的側重點也不盡相同。例如,美國雖然經濟科技發達,但由于電網建設的年代較早,后期電網改造力度相對薄弱,客觀上存在電網基礎設施老化的問題,因此美國智能電網的建設更側重于電網基礎設施的改造,提高電網的智能化水平,從而提高電網運行的安全性、可靠性;而歐洲則由于能源供給很大一部分依靠進口、能源分布不均衡等問題,在智能電網的建設方面更側重于可再生能源的利用以及低碳經濟的發展。
從目前的進展情況來看,世界各國還均處于智能電網的研究和試點階段,所執行的技術路線也基本上是根據各國的國情、電網的發展需要、發展階段、能源資源的分布而決定的。應該看到,目前我國無論是從智能電網戰略的制定還是試點項目的推進方面,仍處于世界領先位置。
我國的智能電網建設主要出于幾方面的考慮:
第一,中國能源資源與生產力逆向分布,中國要滿足未來持續增長的電力需求,就需要實施電力的大規模、遠距離、高效率輸送,與大煤電、大水電、大核電、大型可再生能源基地的集約化開發和利用一道,形成全國范圍的資源優化配置格局。
第二,目前全球正在大力發展清潔能源,但由于清潔能源本身出力的特性,如間歇性、隨機性、不確定性等特點,為電網的安全運行帶來了極大挑戰。在此方面,智能電網則成為推動清潔能源的開發與利用不可代替的重要載體。
第三,從我國能源供給及電力安全的角度來看,發展智能電網有利于保障我國的能源安全。
第四,智能電網是我國傳統電力設備產業、戰略性新興產業的相關企業提高核心競爭力的一個重要機遇。
第五,智能電網的建設對于促進國民經濟的發展、帶動就業,提高整個社會經濟水平具有重要作用。
相比較其他各國對于智能電網的定義,國家電網公司所提出的“堅強智能電網”略有特殊,這主要是由我國電網的發展階段、電網資源和特點所決定的。
在歐美等發達國家,電網發展已經達到一定水平,且電力需求增長較為緩慢,大致在2%~3%,所以,其電網建設的目的更多是升級改造。在我國情況則有所不同,目前電力需求增長每年都保持在10%左右,隨著經濟社會持續快速發展,中國電力需求將長期保持快速增長。據預測,到2020年,中國裝機容量和用電量都將在目前基礎上翻一番,也就是說,未來10年的新建電網規模相當于新中國60年來的電網建設規模。與電網規模已經基本穩定的歐美發達國家不同,中國電網發展要同時解決量的擴張和質的跨越,這也是我國建設智能電網的重要原因之一。
“金字塔”型發展框架
2009年5月21日,國家電網公司在2009特高壓輸電技術國際會議上提出了名為“堅強智能電網”的發展規劃。
堅強智能電網的發展戰略總體框架呈金字塔型。一個目標是堅強智能電網;兩條主線,即技術主線和管理主線;三個階段,第一個階段至2010年結束,是規劃試點階段,第二個階段至2015年結束,全面建設階段,第三階段為全面提升階段;四個體系,包括電網的基礎體系,技術的支撐體系,智能的應用體系,標準規范體系;五個內涵,堅強可靠、經濟高效、清潔環保、透明開放、友好互動;六個環節,發電、輸電、變電、配電、用電、調度。
所謂的堅強智能電網,就是以特高壓電網為骨干網架、各級電網協調發展的電網為基礎,以通信信息平臺為支撐,具有信息化、自動化、互動化特征,包含電力系統的發電、輸電、變電、配電、用電和調度各個環節,覆蓋所有電壓等級,實現“電力流、信息流、業務流”高度一體化融合的現代電網。
其中,“堅強”與“智能”是現代電網的兩個基本要求。“堅強”是基礎,“智能”是關鍵,二者相輔相成。
筆者認為,堅強的網架和智能化水平的提升是對未來電網發展的完整描述。國家智能電網的發展戰略中,技術主線上側重于體現信息化、自動化和互動化。其中信息化是智能電網的首要特點,通信信息平臺是電網各環節間重要的平臺支撐。在管理體現上,該規劃體現了集團化、集約化、經濟化和標準化,在堅強智能電網的發展過程中,我們強調技術和管理的協調發展,以管理的優化來適應技術的升級換代,實現管理與技術兩方面的相互促進與提升。
在智能電網規劃的三個階段中,2009~2010年為規劃試點階段,重點開展規劃、制定技術和管理標準、開展關鍵技術研發和設備研制,及各環節試點工作,目前我國第一批試點項目已經完成;2011~2015年,即“十二五”階段是全面建設階段,該階段將在總結、完善試點項目的基礎上,吸取先進的經驗,進行技術可行性的綜合分析;2016~2020年建成統一的“堅強智能電網”。
從發展堅強電網到堅強智能電網,其中發展戰略的變遷與調整也是由電網發展內外部環境所決定的。從外部來講,主要是為了積極的應對氣候變化,保障國家的能源安全,帶動相關產業的發展;從內部來講,我國電網還處于快速發展階段,面臨著大規模清潔能源發展的客觀要求,亟需進一步提升電網抵御風險的能力及基礎性設施的現代化水平。因此,建設堅強智能電網是適應我國電網發展的戰略選擇。
“十二五”智能電網規劃
堅強智能電網是知識密集型、技術密集型產業,對于傳統電力相關產業和戰略性新興產業都具有重要的帶動和引領作用,特別是新能源、節能環保、新能源汽車、信息產業等戰略新興產業。智能電網不僅能提供巨大的市場需求,促進相關產業的規模化發展,而且還能促進相關產業通過自主創新、掌握核心技術、降低產品成本、提高核心設備及關鍵零部件國產化率、提高國際競爭力,進而拓展國際市場。
從智能電網的遠景來看,其應具備強大的資源配置能力、良好的安全穩定運行水平,適應并促進清潔能源的發展,實現高度智能化的電網調度,實現電網資產的高效利用和全壽命周期的管理,實現用戶和電網之間的便捷互動,實現電網管理的經濟化和信息化,充分發揮電網設施的增值服務潛力。
為了進一步明確智能電網的未來發展,在“十二五”智能電網規劃中,國家電網從六個環節+1個通信信息平臺的角度,分別闡述了各環節在未來5年的發展目標以及重點建設項目。
其中,在發電環節,“十二五”期間將進行的智能化項目主要包括常規電源的網廠協調項目,風電、太陽能等清潔能源并網項目以及大容量儲能項目研究等內容。通過應用上述技術,旨在進一步促進電網結構的優化,適應未來清潔能源的發展。
在輸電環節,“十二五”期間將進行的智能化項目包括輸電線路智能化的巡檢、靈活交流輸電技術的應用、柔性直流輸電技術、輸變電設備的監測系統等內容。
在變電環節,智能化項目主要是涵蓋了智能變電站的新建和改造項目、變電站運行監測等項目。
在配電環節,智能化項目主要側重配電自動化、分布式發電、儲能以及微電網的接入、并網和協調控制等內容。
在用電環節,智能化項目主要是覆蓋了用電信息采集、智能用電小區、智能樓宇、智能家居、電動汽車的充換電設施等內容。
在調度環節,主要是要建成自主創新、國際領先的智能電網調度支撐系統,進一步適應未來電網發展的大運行體系的要求。其中包括調度支持系統的建設、備用調度體系的建設、安全防護體系的建設、電網運行的集中監控系統等內容。
到2015年,初步形成堅強智能電網運行控制和雙向互動服務體系;基本實現風電、太陽能發電等可再生能源的友好接入和協調控制;電網優化配置資源能力、安全運行水平和用戶多樣化服務能力顯著提升,供電可靠性和資產利用率明顯提高;智能電網技術標準體系基本建成,關鍵技術和關鍵設備實現重大突破和廣泛應用;智能電網效益初步顯現,國家電網智能化達到國際先進水平。
標準、項目、安全“三管齊下”
除了基本的智能化項目建設之外,國家電網公司也著重在標準的制定和設備的研制方面展開梳理。在關鍵設備研制方面,就7個技術領域、28個具體的技術專題開展100多項關鍵設備的研制,目前相關研制規劃已經確定時間表。
在標準制定方面,國網公司對于標準的引領作用,對8個技術分支,26個技術領域以及若干個標準系列進行了編制及完善計劃。其中,智能電網的標準制定包括行標、國標、國際標準的制定都做了大量工作。在檢測中心建設方面,已建成的3個國際級重點檢測室,對將來的智能電網規劃發展,起到技術監督和約束的作用。
此外,在已經過去的2009~2010年規劃試點階段,國家電網在試點工程方面,先后發布了兩批試點項目,目前第一批試點項目已按照計劃完成或進入最后的收尾階段。
其中,第一批試點主要選擇了基礎條件比較好、項目可行度高、具有示范效應的9類項目作為智能電網的示范工程。如上海世博園綜合配套工程、張北風光儲示范等項目。第二批智能電網試點工程則包括中新天津生態城、大規模的風電功率預測和控制、智能的巡檢和柔性的智能輸電等重點項目。
深圳市鑫科電子有限公司
2011年全面建設階段以后,智能電網新建設的項目包括兩類:一類為推廣項目,另一類為新增試點。推廣項目是在試點充分、技術成熟、設備研制取得突破、技術標準相對完備的前提下,確定的智能電網項目。新增試點必須是試點充分、技術成熟、設備研制取得突破、技術標準相對完善的智能電網項目。
在智能電網的建設過程中,智能電網的安全問題也引起了電網部門的重視。目前智能電網的安全問題包括了電網的安全、信息的安全、用戶安全三方面內容。三者是相輔相成、互相支持的關系。
首先,就電網安全來講,安全性是電網運行的首要要求。未來隨著智能電網的發展,特別是清潔能源大規模的發展,將對電網安全帶來了新的挑戰。清潔能源發電的間歇性,隨機性等不確定性因素,對于電網的運行和調度提出了更高要求,隨著未來大電網發展,該影響范圍將呈現擴大趨勢。
目前,清潔能源的發展對電網的挑戰主要體現在兩個方面:其一是并網的問題,其中涉及到電網和電源的統一規劃問題;其二是遠距離輸送和大規模消納的問題。我國新能源發展相對集中,比如風電,大多集中在西北地區,同時西北地區電力需求相對較少,這就決定了未來我國新能源規模開發和遠距離輸送的問題。
系統的調峰調頻也成為限制電網接受清潔能源的一個主要因素。從目前來看,東北的風電在全國風電發展中較為領先,在實際的發展中,他們首先面臨的也是調峰和調頻的問題,這樣就需要電源形式、發電企業和電網企業共同承擔調峰的責任。堅強智能電網旨在提高電力體系安全性,在提高清潔能源規劃與電網規劃的協調性的同時,重視新能源介入電網的運行分析以及并網的運行控制。
在信息安全方面,智能電網建設將運用大量的狀態監測內容以及用戶用電信息的采集內容,未來由于智能電網可以實現對電網全景信息的獲取,大量的信息屆時將接入智能電網信息網路系統,因此智能電網的信息安全也就成為電網企業安全運營的又一重要基礎。智能電網的信息安全問題主要包括智能電網信息安全的風險分析、安全體系的構建、安全防護策略、安全風險評估以及安全管理對策等內容。
在用戶的安全方面,智能電網強調電網與電源以及電網與用戶的互動,用戶將成為智能電網重要的組成部分,面對多樣化的用電服務,用戶的安全問題,包括用戶信息的安全和隱私,也將成為首要的考量因素。
智能電網建設是一項長期復雜的系統工程,離不開各個利益相關方的參與和推動。其利益相關方涵蓋電力系統全產業鏈,以及政府、裝備和服務供應商、金融機構、科研機構等多個方面,而且各利益相關方的關注點也各有側重。因此,凝聚共識,增強合力,建立健全、協調互動、和諧共贏的合作機制,形成共同推進智能電網建設的良好局面,對于未來智能電網的發展尤為重要。智能電網的發展并不是從“零”開始,中國電網經過多年建設,已經具備一定的自動化、信息化水平,更有部分電網技術和裝備已處于國際領先水平,為智能電網進一步發展奠定了良好的基礎,未來將是智能化水平迅速提升的新階段。
中外智能電網發展對比
關于智能電網的發展,世界各國有其不同的出發點,其中共同的目的無疑是應對氣候變化,解決能源安全、能源可持續供給和電網自身的升級換代和改造等問題,加之智能電網對于經濟發展的帶動作用,各國迅速掀起智能電網研究和建設的熱潮。
對于不同的國家,智能電網研究、建設的側重點也不盡相同。例如,美國雖然經濟科技發達,但由于電網建設的年代較早,后期電網改造力度相對薄弱,客觀上存在電網基礎設施老化的問題,因此美國智能電網的建設更側重于電網基礎設施的改造,提高電網的智能化水平,從而提高電網運行的安全性、可靠性;而歐洲則由于能源供給很大一部分依靠進口、能源分布不均衡等問題,在智能電網的建設方面更側重于可再生能源的利用以及低碳經濟的發展。
從目前的進展情況來看,世界各國還均處于智能電網的研究和試點階段,所執行的技術路線也基本上是根據各國的國情、電網的發展需要、發展階段、能源資源的分布而決定的。應該看到,目前我國無論是從智能電網戰略的制定還是試點項目的推進方面,仍處于世界領先位置。
我國的智能電網建設主要出于幾方面的考慮:
第一,中國能源資源與生產力逆向分布,中國要滿足未來持續增長的電力需求,就需要實施電力的大規模、遠距離、高效率輸送,與大煤電、大水電、大核電、大型可再生能源基地的集約化開發和利用一道,形成全國范圍的資源優化配置格局。
第二,目前全球正在大力發展清潔能源,但由于清潔能源本身出力的特性,如間歇性、隨機性、不確定性等特點,為電網的安全運行帶來了極大挑戰。在此方面,智能電網則成為推動清潔能源的開發與利用不可代替的重要載體。
第三,從我國能源供給及電力安全的角度來看,發展智能電網有利于保障我國的能源安全。
第四,智能電網是我國傳統電力設備產業、戰略性新興產業的相關企業提高核心競爭力的一個重要機遇。
第五,智能電網的建設對于促進國民經濟的發展、帶動就業,提高整個社會經濟水平具有重要作用。
相比較其他各國對于智能電網的定義,國家電網公司所提出的“堅強智能電網”略有特殊,這主要是由我國電網的發展階段、電網資源和特點所決定的。
在歐美等發達國家,電網發展已經達到一定水平,且電力需求增長較為緩慢,大致在2%~3%,所以,其電網建設的目的更多是升級改造。在我國情況則有所不同,目前電力需求增長每年都保持在10%左右,隨著經濟社會持續快速發展,中國電力需求將長期保持快速增長。據預測,到2020年,中國裝機容量和用電量都將在目前基礎上翻一番,也就是說,未來10年的新建電網規模相當于新中國60年來的電網建設規模。與電網規模已經基本穩定的歐美發達國家不同,中國電網發展要同時解決量的擴張和質的跨越,這也是我國建設智能電網的重要原因之一。
“金字塔”型發展框架
2009年5月21日,國家電網公司在2009特高壓輸電技術國際會議上提出了名為“堅強智能電網”的發展規劃。
堅強智能電網的發展戰略總體框架呈金字塔型。一個目標是堅強智能電網;兩條主線,即技術主線和管理主線;三個階段,第一個階段至2010年結束,是規劃試點階段,第二個階段至2015年結束,全面建設階段,第三階段為全面提升階段;四個體系,包括電網的基礎體系,技術的支撐體系,智能的應用體系,標準規范體系;五個內涵,堅強可靠、經濟高效、清潔環保、透明開放、友好互動;六個環節,發電、輸電、變電、配電、用電、調度。
所謂的堅強智能電網,就是以特高壓電網為骨干網架、各級電網協調發展的電網為基礎,以通信信息平臺為支撐,具有信息化、自動化、互動化特征,包含電力系統的發電、輸電、變電、配電、用電和調度各個環節,覆蓋所有電壓等級,實現“電力流、信息流、業務流”高度一體化融合的現代電網。
其中,“堅強”與“智能”是現代電網的兩個基本要求。“堅強”是基礎,“智能”是關鍵,二者相輔相成。
筆者認為,堅強的網架和智能化水平的提升是對未來電網發展的完整描述。國家智能電網的發展戰略中,技術主線上側重于體現信息化、自動化和互動化。其中信息化是智能電網的首要特點,通信信息平臺是電網各環節間重要的平臺支撐。在管理體現上,該規劃體現了集團化、集約化、經濟化和標準化,在堅強智能電網的發展過程中,我們強調技術和管理的協調發展,以管理的優化來適應技術的升級換代,實現管理與技術兩方面的相互促進與提升。
在智能電網規劃的三個階段中,2009~2010年為規劃試點階段,重點開展規劃、制定技術和管理標準、開展關鍵技術研發和設備研制,及各環節試點工作,目前我國第一批試點項目已經完成;2011~2015年,即“十二五”階段是全面建設階段,該階段將在總結、完善試點項目的基礎上,吸取先進的經驗,進行技術可行性的綜合分析;2016~2020年建成統一的“堅強智能電網”。
從發展堅強電網到堅強智能電網,其中發展戰略的變遷與調整也是由電網發展內外部環境所決定的。從外部來講,主要是為了積極的應對氣候變化,保障國家的能源安全,帶動相關產業的發展;從內部來講,我國電網還處于快速發展階段,面臨著大規模清潔能源發展的客觀要求,亟需進一步提升電網抵御風險的能力及基礎性設施的現代化水平。因此,建設堅強智能電網是適應我國電網發展的戰略選擇。
“十二五”智能電網規劃
堅強智能電網是知識密集型、技術密集型產業,對于傳統電力相關產業和戰略性新興產業都具有重要的帶動和引領作用,特別是新能源、節能環保、新能源汽車、信息產業等戰略新興產業。智能電網不僅能提供巨大的市場需求,促進相關產業的規模化發展,而且還能促進相關產業通過自主創新、掌握核心技術、降低產品成本、提高核心設備及關鍵零部件國產化率、提高國際競爭力,進而拓展國際市場。
從智能電網的遠景來看,其應具備強大的資源配置能力、良好的安全穩定運行水平,適應并促進清潔能源的發展,實現高度智能化的電網調度,實現電網資產的高效利用和全壽命周期的管理,實現用戶和電網之間的便捷互動,實現電網管理的經濟化和信息化,充分發揮電網設施的增值服務潛力。
為了進一步明確智能電網的未來發展,在“十二五”智能電網規劃中,國家電網從六個環節+1個通信信息平臺的角度,分別闡述了各環節在未來5年的發展目標以及重點建設項目。
其中,在發電環節,“十二五”期間將進行的智能化項目主要包括常規電源的網廠協調項目,風電、太陽能等清潔能源并網項目以及大容量儲能項目研究等內容。通過應用上述技術,旨在進一步促進電網結構的優化,適應未來清潔能源的發展。
在輸電環節,“十二五”期間將進行的智能化項目包括輸電線路智能化的巡檢、靈活交流輸電技術的應用、柔性直流輸電技術、輸變電設備的監測系統等內容。
在變電環節,智能化項目主要是涵蓋了智能變電站的新建和改造項目、變電站運行監測等項目。
在配電環節,智能化項目主要側重配電自動化、分布式發電、儲能以及微電網的接入、并網和協調控制等內容。
在用電環節,智能化項目主要是覆蓋了用電信息采集、智能用電小區、智能樓宇、智能家居、電動汽車的充換電設施等內容。
在調度環節,主要是要建成自主創新、國際領先的智能電網調度支撐系統,進一步適應未來電網發展的大運行體系的要求。其中包括調度支持系統的建設、備用調度體系的建設、安全防護體系的建設、電網運行的集中監控系統等內容。
到2015年,初步形成堅強智能電網運行控制和雙向互動服務體系;基本實現風電、太陽能發電等可再生能源的友好接入和協調控制;電網優化配置資源能力、安全運行水平和用戶多樣化服務能力顯著提升,供電可靠性和資產利用率明顯提高;智能電網技術標準體系基本建成,關鍵技術和關鍵設備實現重大突破和廣泛應用;智能電網效益初步顯現,國家電網智能化達到國際先進水平。
標準、項目、安全“三管齊下”
除了基本的智能化項目建設之外,國家電網公司也著重在標準的制定和設備的研制方面展開梳理。在關鍵設備研制方面,就7個技術領域、28個具體的技術專題開展100多項關鍵設備的研制,目前相關研制規劃已經確定時間表。
在標準制定方面,國網公司對于標準的引領作用,對8個技術分支,26個技術領域以及若干個標準系列進行了編制及完善計劃。其中,智能電網的標準制定包括行標、國標、國際標準的制定都做了大量工作。在檢測中心建設方面,已建成的3個國際級重點檢測室,對將來的智能電網規劃發展,起到技術監督和約束的作用。
此外,在已經過去的2009~2010年規劃試點階段,國家電網在試點工程方面,先后發布了兩批試點項目,目前第一批試點項目已按照計劃完成或進入最后的收尾階段。
其中,第一批試點主要選擇了基礎條件比較好、項目可行度高、具有示范效應的9類項目作為智能電網的示范工程。如上海世博園綜合配套工程、張北風光儲示范等項目。第二批智能電網試點工程則包括中新天津生態城、大規模的風電功率預測和控制、智能的巡檢和柔性的智能輸電等重點項目。
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