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Donnerstag, den 12. März 1925.
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Nr. 30.
Wirtschaftlicher Ausbau von Wasserkräften. kann die Rücksichtnahme auf Kapitalbeſchaffung, Bauzeit oder
Von Dipl- Ing. Friz Kammerer.
In der Erschließung der Wasserkräfte haben die Arbeiten der letzten Jahre erhebliche Fortschritte gebracht. Der in den Händen hervorragender Fachleute liegende Ausbau einer Reihe von Großwasserkräften geht in absehbarer Zeit seiner Vollendung entgegen. Sie bilden zusammen mit Wärmekraftwerken die Grundlage der Energieversorgung des Landes, die nach wirtschaftlichen Gesichtspunkten durchzuführen ist. Ihre notwendige Ergänzung finden sie in den Mittel- und Kleinwasserfräften, sofern diese durch die Art ihres Ausbaues und ihres Betriebes den Forderungen der Energiewirtschaft genügen. Das lebhafteste Interesse weitester Kreise an den Fragen der Wasserfraftnutzung ist daher wohl berechtigt und wird für den Besitzer einer Wasserkraft zur Notwendigkeit. Im folgenden sollen die wesentlichsten Erwägungen kurz erläutert werden, die für den Ausbau von Wasserkräften vom energiewirtschaftlichen Standpunkt anzustellen sind. Ueber technische Einzelheiten bei ihrem Entwurf und bei ihrer Ausführung wird auf die einschlägige Fachliteratur verwiesen, in der auch allgemein verständliche Arbeiten zur Verfügung steh
Rur in einer einheitlichen Wasserwirtschaft der gesamten Stromgebiete tönnen die Wasserkräfte richtig ausgenügt wer den. Der Zweck dieser Wasserwirtschaft liegt in der Schaffung eines Wasserhaushalts mit möglichst vollkommener Nuzung der Einzelwerke und in der Durchführung des Ausgleichs zwischen Energiedarbieten und Energieverlangen über das gesamte Landesgebiet. Die Aufstellung von Richtlinien für die Durchführung einer einheitlichen Wasserwirtschaft sowie die Ueberwachung des Ausbaues der Wasserkräfte nach diesen Grundsähen hat der Staat übernommen.
Ein großzügiger, in allgemeinen Linien geführter Bau- und Verwertungsplan ist für das Erstreben solch hochbedeutender volkswirtschaftlicher Ziele unbedingt vonnöten. Aber gerade hier ist strenge Sachlichkeit Grundbedingung. Denn nichts tönnte schädlicher sein, als das Durchbrechen von Privatinteressen Einzelner oder bestimmter Wirtschaftskreise, die die Angelegenheit zum Objekt ihrer Machtpolitik gestalten möchten. Dies müßte unter allen Umständen zu technischen und wirtschaftlichen Fehlern bedeutender Tragweite führen und den Keim zum Ruin der Wasserwirtschaft legen.
Bei der Vielgestaltigkeit der technisch- wirtschaftlichen Löjungen im Erschließen von Wasserkräften ist für jeden Einzelfall eine eingehende Untersuchung über alle in Frage kommenden Verhältnisse anzustellen.
Die beiden Bestimmungsgrößen einer Anlage sind Gefälle und Wassermenge. Für die Wahl des Gefälles ist es volfswirtschaftlich von höchster Bedeutung, daß die ausbauwürdigen Strecken eines Flußlaufes lückenlos erfaßt werden. Die günstigste Gefällstufe ist im allgemeinen die, für die die Summe aus Kanal- und Krafthauskosten den Kleinstwert erreicht. Wohl
Energieabsatz eine Beschränkung richtig veranschlagter Gefällstufen infolge zeitlicher Stufung des Ausbaues bedingen; nie aber darf dadurch der Flußlauf so zerstückelt werden, daß eine spätere Auswertung der nutzbaren Reststrecken erschwert wird. Jedoch ist im Einzelfalle zu prüfen, ob nicht eine Stufung des Ausbaues nach der Wassermenge günstiger ist.
Bei der Bestimmung der Ausbauwassermenge geht man nach Klarstellung der mehrjährigen Wasserführung von der mittleren Jahreswassermenge aus. Sie errechnet sich aus dem Jahresabfluß geteilt durch die Jahressekundenzahl. Das Verhältnis der für eine bestimmte Ausbaugröße der Untersuchung nuzbaren Wassermenge zur mittleren Jahreswassermenge gibt den Begriff der Flußnutzbarkeit. Im wasserwirtschaftlichen Sinne ist eine hohe Flußnuzung zu erstreben. Sie bedingt daher große Ausbauwassermengen, die aber anderseits infolge der unregelmäßigen Wasserführung große Leistungsschwankungen mit sich bringen. Nun ist das Anpassungsvermögen der Energieabgabe an den Energiebedarf ein weiterer Maßstab für den wirtschaftlichen Wert einer Wasserkraftanlage. Die regelmäßigen Schwankungen der Wasserführung nehmen aber meist einen anderen zeitlichen Verlauf als die des Energibedarfs. So ergibt sich die Notwendigkeit grundsätzlicher Anwendung von Wasserspeicherung. Eine vollkommene Speicherung mit Einschluß der Hochwassermengen ist praktisch nicht durchführbar. In dieser Beziehung darf man sich auch über das Fassungsvermögen von Talsperren gegenüber Hochwässern keiner Täuschung hingeben. Außerdem üben selbst bedeutende Hochwässer nur geringen Einfluß auf Jahresmittelwasser aus. Durch die Einbeziehung großer natürlicher Staubecken fann ein Speicher gewonnen werden, der die regelmäßigen Schwankungen der Wasserführung innerhalb eines Jahres zum Ausgleich bringt. Derart große Becken sind ja selten. Aber in fast allen Fällen läßt sich durch geschickte Ausnutzung der Dertlichkeit ein Staubecken für den täglichen Wasserausgleich errichten.
Sein verwertbarer Inhalt bestimmt nunmehr die Größe der nutzbaren Wassermenge sowie die Höhe der Spitzenleistung. Damit wird die Werknutzbarkeit als Berhältnis der mittleren Nutzwassermenge zur Ausbauwassermenge festgestellt. Sie entspricht, auf die Wasserhäufigkeit bezogen, dem Belastungsfaktor eines Kraftwerks, ist also eine wertvolle Kennziffer für seine Wirtschaftlichkeit. Zusammen mit der Untersuchung der Kosten für die in Frage stehenden Ausbaugrößen ergibt sie die wirtschaftlich günstige Ausbauwassermenge. Da in vielen Fällen verschiedene Lösungen möglich sind, so sind sie vergleichsweise nach ihren Kosten zu untersuchen.
Hierbei sind die Einzelteile einer Anlage mit möglichster technischer Vollendung zu erstellen. Einlaufbauwerke haben das Nutzwasser störungsfrei aufzunehmen, bei geschiebeführenden Gewässern eine Abwanderung von Gerölle in den Werkkanal zu verhüten. Wehrbauten haben übergroße Wassermengen abzuführen und ihre Energie wirksam zu vernichten. Die Gründung und Formgebung dieser Bauten bedarf daher eingehender Er

wägungen Offene Kanäle sind mit kleinstem Gefällverlust und so zu führen, daß die Summe der Erdbewegungen einen Kleinstwert erreicht. Ihre sorgfältigste Anpassung an das Gelände ist deshalb von Wichtigkeit.
Als geschlossene Kanäle kommen für Wasserkraftanlagen Rohrleitungen aus Eisenbeton, Eisen und neuerdings auch Holz, ferner Druckstollen in Frage. Bei ihrem Bau sind die geologischen und hydrologischen Verhältnisse eingehend in Erwägung zu ziehen. Die an diese Bauten zu stellende Hauptforderung ist unbedingte Wasserdichtigkeit. Bei Rohrleitungen kann sie erreicht werden. Aber die Herstellung von einwandfreien Druckstollen ist eine der schwierigsten Aufgaben für den Bauingenieur. Die Wahl eines geeigneten Dichtungsverfahrens perlangt ge naue Untersuchung des Einzelfalles, und nur das System wird zum Ziele führen, das alle natürlichen und fünstlichen Einflüsse solcher Stollen gebührend berücksichtigt. Selbst geringe Wasserverluste sind imstande, je nach den Verhältnissen, eine schwere Gefährdung der Standsicherheit hervorzurufen; denn durch die Länge der Zeit ergeben sich bedeutende Wassermengen, die außer der Ueberschwemmung von Kellerräumen in der Nähe befind= licher Wohnhäuser und Versumpfung von Wegen und landwirtschaftlichen Gründen auch eine Unterspülung des Baugrundes bewirken. Je nach Umständen können sie sogar Anlaß zur Ausbildung eines Rutschhanges geben.
Bei der Wahl der Turbinen ist die Charakteristik in Verbindung mit der spezifischen Drehzahl zu beachten. Die Charakteristik( Darstellung der Wirkungsgrade in Abhängigkeit von Wasserführung und Drehzahl) tlärt das Verhalten der Maschine bei verschiedenen Betriebsverhältnissen. Besondere Beachtung verlangen Niederdruckanlagen, bei denen die Absenkung des Oberwasserspiegels im Staubeden einen bedeutenden Teil des Gesamtgefälles beträgt. Die Forderung gleichbleibender Drehzahl bedingt in diesem Falle bei abnehmendem Gefälle Verminderung von Wassermenge und Wirkungsgrad, somit auch beachtenswerten Leistungsabfall. Das wirtschaftliche Erfordernis eines hohen Materialausnügungsfaktors der Maschine verlangt große Umlaufgeschwindigkeiten. Diesem Bedürfnis entsprechend hat die Turbinentechnik besonders in den letzten Jahren eine Reihe vorzüglicher Schnelläufer geschaffen, die eine weitgehende Anpassung der Turbinendrehzahl an die der eleftrischen Maschine ermöglichen. Erwähnt seien hier die Turbinen von Kablan und Lawaczek mit spezifischen Drehzahlen von 700 bis etwa 1000, ferner auch die bemerkenswerten Francis- Schnelläufer verschiedener Firmen mit solchen von 300 bis 600. Für die heute noch am weitesten verbreitete Francisturbine liegen die Verwendungsbereiche der spezifischen Drehzahl für Hochdruckanlagen bei den Langsamläufern mit 100 bis 150, für Mitteldrudanlagen bei den Normalläufern mit 200 bis 300 und für Niederdruckanlagen bei den Schnelläufern. Jedoch ist zu bemerken, daß man im allgemeinen die Schnelläufigkeit nicht unnötig hoch steigern soll. Neuere Ermittlungen haben ergeben, das Francis- Schnelläufer bestimmter Ausführung nur für einen gewissen Gefällsbereich mit Vorteil zu verwenden sind.
Durch die Bestimmung der Maschinensäge einschließlich des elektrischen Teiles ergeben sich Raumeinteilung und Form der Krasthäuser und Nebenbetriebe. Sie sollen sich den örtlichen Verhältnissen besonders auch in ihrer äußeren Linienführung anpassen. Außerdem ist es von Wichtigkeit, daß bei ihrer Anlage entsprechende Möglichkeiten für Messungen vorgesehen werden. Hauptsächlich sind es Gefälle- und Wassermessungen, für die beim Bau der Anlage unschwer geeignete Vorkehrungen getroffen werden, deren Fehlen nicht nur die Durchführung der Abnahmeprüfung, sondern auch gelegentliche Betriebskontrollen erschwert, wenn nicht unmöglich macht. Ihr nachträglicher Einbau kann oft nicht mehr so vorgenommen werden, daß die Genauigkeit der Messungen einwandfrei ist.
Außer den genannten technisch- wirtschaftlichen Ueberlegungen sind im Einzelfalle eine Reihe von Verhältnissen zu untersuchen, die auf den Ausbau einer Wasserkraftanlage bestimmenden Einfluß ausüben können. Nachstehend seien einige solche Umstände erwähnt, die nicht selten in Erscheinung treten.
Von den rechtlichen Verhältnissen sind die öffentlich- rechtlichen, vor allem die wasserrechtlichen, in jedem Falle zu klären. Aber es gibt auch privatrechtliche Verträge mit oft recht beachtenswertem Inhalt. Häufig ist eine bestimmte Kraftlieferung zugunsten des Vorbesitzers ausbedungen. Es kommt auch vor, daß bestimmte Absatzgebiete durch die Konkurrenz gesperrt werden, so daß selbst bei Bedarf am Orte die erzeugte Energie
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an entfernte Verbraucher geliefert werden muß. Auch die Aufteilung von Bedienung einer Anlage einerseits, Instandhaltung anderseits unter Vertragsparteien findet sich vor und pflegt zu ständigen Reibungen Anlaß zu geben. Es ist daher wichtig, das Vorhandensein von Verträgen über eine auszubauende Wasserkraft aufzudecken und die durch sie bedingten Beeinflussungen wirtschaftlich ungünstiger Art tunlichst zu beheben.
Häufig begegnet die Kapitalbeschaffung für den Ausbau einer Wasserkraftanlage erheblichen Schwierigkeiten. Die Verhältnisse des heutigen Geldmarktes mit seinen erdrückend hohen Zinsen werden sich leider auch in absehbarer Zeit nicht bessern. Es ist daher, wie bereits oben erwähnt, je nach Umständen wohl berechtigt, den Ausbau einer Anlage in Stufen vorzunehmen, wenn nur nicht die spätere Vollendung erschwert oder gar vercitelt wird.
In engem Zusammenhangt damit steht heute oft die Frage der Energieverwertung. Die Durchführung wasserwirtschaftlicher Grundsätze stellt nämlich nicht nur die Aufgabe der Deckung eines vorhandenen Energiebedarfs, sondern gelegentlich auch ihre Umfehrung: Wie kann die gewinnbare Energie verwertet werden? Besonders ist dies bei kleinen und mittleren Anlagen der Fall. Es lassen sich aber bereits heute vielfach geeignete Abnehmer für Dauerleistungen finden. Schwieriger ist zurzeit noch die Unterbringung von Spizenleistung und von Abfalleistung( aus den Nachtstunden nicht speicherfähiger Werke). Aber auch dafür dürften sich gegebenenfalls Mittel und Wege für die Verwertung ergeben. Erwähnt sei hier nur der Elektrodampfkessel und die von Dr. J. Ruths angegebene Wärmespeicherung, ferner die Ausnugung der Nachtzeit für die Ladung von Affumulatoren.
Eine Frage von höchster Bedeutung ist die Bestimmung und Einhaltung furzer Bauzeit. Die zeitgerechte Fertigstellung einer Anleige ist meist infolge dringenden Energiebedarfes erforderlich. Sie ist aber auch mit Rücksicht auf die Kosten wichtig, die bei Zielüberschreitungen steigen und damit die Wirtschaftlichkeit des Unternehmens beeinflussen. Ganz abgesehen von den durch Streiks und Ereignisse höherer Gewalt bedingten Verzögerungen sind verspätete Bestellungen und Lieferungen, ja sogar nachträgliche Planänderungen an der Tagesordnung. Oft liegt der Grund darin, daß die Bauleitung mit rein mechanischen Arbeiten überlastet ist und daß entweder zu wenig oder zuviel organisiert wird. Merkwürdigerweise sind heute die mit der Aufstellung graphischer Arbeitspläne verbundenen Vorteile noch recht wenig bekannt. Einen sehr beachtenswerten Beitrag hierzu gibt Seidl, der beim Bau eines größeren Umspannwerkes mit dieser bewährten Arbeitsmethode den gewünschten Erfolg restlos erzielt hat.
In ganz ähnlicher Weise leisten graphische Betriebsentwürfe und Statistiken vorzügliche Dienste in der Aufstellung und Durchführung eines wasserwirtschaftlichen Betriebsplanes. Jede Anlage soll so arbeiten, daß sie die verfügbaren Wassermengen tunlichst voll ausnügt. Sind die entsprechenden Vorkehrungen für Verwertung getroffen, so wird durch zwedmäßige Einteilung der Maschinen nach ihrer jeweiligen Belastung der Wasserhaushalt einer Kraftstufe zum Ausgleich gebracht. Seine Durchführung verlangt dauernde Ueberwachung und eine klare Uebersicht, damit Fehler der Wasserbewirtschaftung rechtzeitig erkannt werden und die Vornahme von zweckdienlichen Aenderungen ermöglicht ist.
Die Tätigung des Ausgleichs zwischen den einzelnen Kraftwerken und den Verbrauchsstellen erfolgt durch Vermittlung der Ueberlandnezze. Die Belastungslinien bestehender Kraftwerke, die bekanntlich in den einzelnen Tagesstunden wie in den verschiedenen Jahreszeiten, ferner je nach Eigenart der angeschlossenen Verbraucher, innerhalb weiter Grenzen veränderlich sind, weisen auf die Schwierigkeiten in der Lösung dieser Frage hin.
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Besondere Maßnahmen verlangt die Deckung hoher Spizenleistungen, wie sie bei Elektrizitätswerken für Industrie- und Haushaltversorgung besonders an Winterabenden, bei Bahnbetrieb regellos den ganzen Tag über auftreten. Im großen und ganzen ergibt die Zusammenfassung von Kraftwerken die Summierung von Belastungen, deren zeitlicher Verlauf gegenseitig ähn.ch ist. Deshalb wird es von höchster Wichtigkeit sein, an vielen Orten speicherfähige Werke zu errichten, damit die zwar örtlich getrennten, zeitlich aber zusammenfallenden Belastungsspitzen entsprechend gedeckt werden. Hochbelastete Knotenpunkte der Verteilungsnetze sind durch sie zu stüßen und unvermeidbare Blindleistungen aufzunehmen. Die Grund- und Mittelbelastung wird im allgemeinen von den nicht speicherfähigen Laufwerken zu tragen sein.
Technisch ergibt sich daraus ein Problem der Regelung für das Parallelarbeiten gleich- und verschiedenartiger Kraftwerke. Zu seiner Lösung ist es nötig, die Charakteristiken der Kraftmaschinen und die der steuernden Regler aufeinander abzugleichen Hier sei auf die grundlegenden Untersuchungen von Geh. Hofrat Dr. J. Ossanna über das Arbeiten von Synchronmaschinen im Parallelbetrieb hingewiesen. Die Ausführungen Ossannas gipfeln darin, daß zur brauchbaren Lösung des Problems der Parallelarbeit die Schaffung einer unabhängigen Betriebsoberleitung mit entsprechenden Befugnissen notwendig erscheint. Eine Lösung dieser Fragen während des Ausbaues der Wasserkräfte und Verteilungsneße ist unmöglich, da aile fraglichen Größen veränderlich sind und bestimmte Annahmen einer Berechnung nicht mit den sich wirklich einstellenden Verhältnissen übereinstimmen würden. Auch die Erfahrungen mit den bereits in Betrieb befindlichen Kraftwerkgruppen anderer Länder, wie Schweiz, Schweden- Norwegen u. a., können für unsere Verhältnisse nur allgemeine Richtlinien geben. Es wird Sache der wissenschaftlichen Betriebsführung sein, den Ausgleich zwischen Energiedarbieten und Energieverlangen nach wirtschaftlichen Gesichtspunken jeweils in der möglichen Vollkommenheit durch= zuführen.
Zusammenfassend sei gesagt: Der Ausbau der Wasserkräfte muß nach energiewirtschaftlichen Richtlinien erfolgen und fordert enges Zusammenarbeiten aller Beteiligten. Die gegenseitige Anregung zwischen Elektro-, Maschinen- und Bauingenieuren. wird rasche Klarstellung und Lösung der Fragen herbeiführen, die bei diesen Arbeiten auftauchen.
Die bisher ausgebauten Wasserkräfte sind, abgesehen von staatlichen Großkraftanlagen und mittleren Anlagen für industrielle Großbetriebe, in der Hauptsache Kleinkraftanlagen. Sie dienen zumeist zum Antrieb von gewerblichen und industriellen Kleinbetrieben, sodann der Elektrizitätsversorgung und arbeiten zum Teil auch für Bahnbetrieb und Wasserhaltungsanlagen. Betrachtet man ihre Stellung im Rahmen der vorstehenden Erläuterung, so ist unschwer zu erkennen, daß sie bei sachgemäßer Ausführung und sorgfältiger Wassernutzung sehr hohe Wirtschaftlichkeit aufweisen können. In erster Linie stehen speicherfähige Kleinkraftwerke, denen im Verband mit Großkraftwerken die wichtige Aufgabe der Spitzendeckung, wie oben ausgeführt, zugewiesen wird. Es gibt Kleinanlagen selbst mit ganz geringen Leistungen, die höhere Wirtschaftlichkeit aufweisen als mittlere und große Anlagen, und die sehr wohl geeignet sind, für den Bereich ihrer Versorgungsgebiete ein wirksames Gegengewicht gegen bestimmte Auswüchse in der Tarifpolitik von Ueberlandwerken zu bilden.
Anderseits aber sei hier ausdrücklich festgestellt, daß ein großer, vielleicht der größere Teil der bestehenden Anlagen an Fehlern krankt, die ihre Wirtschaftlichkeit empfindlich schädigen, wenn nicht überhaupt fraglich machen. Oft ist es nur einem gewissen Beharrungsvermögen der Anschauungen und Dauerhaftigkeit des Materials zu danken, daß solche Anlagen fortbestehen.
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Entsprechend der Entwicklung, die der Ausbau von Wasserfräften genommen hat, sind ältere Anlagen meist nur auf Dauerleistung, also Niederwasser ausgebaut. Dies geht so weit, daß in manchen Gegenden mehrere nebeneinanderlaufende Werktanäle an einem und demselben Wasserlauf zu sehen sind. Undichte Wehre und Schüßen tragen das ihre bei, um die Wasserverluste alter Turbinen und brüchiger Turbinenkammern zu er= höhen. Es gibt auch neuere Anlagen mit merkwürdigen Einzelheiten. Der Abtrieb von der Turbine zum Generator oder der Transmission macht gelegentlich unnötige oder unvorteilhafte Umwege und drückt die Turbinenleistung herab. Durch unrichtige Formgebung des Einlaufs und der Turbinenkammer bilden sich einseitige Strömungen und Wirbel aus, die den Nutzeffekt der Turbine verringern. Geschlossene Turbinenkammern sind undicht, Kanäle versanden seit Jahren mehr und mehr, Mes= fungen an falsch zeigenden oder fasch geschalteten Instrumenten dürften kaum ein richtiges Bild der tatsächlichen Verhältnisse ergeben.
Wirtschaftliche Notwendigkeiten und steigender Kraftbedarf weisen heute den Besitzer einer Wasserkraft auf Steigerung der Leistungsfähigkeit seiner Anlage hin. Vor allem ist es im Einzelsalle notwendig, ein flares Bild über die Wirtschaftlichkeit des Betriebes zu gewinnen. Sind die Wirkungsgrade der Maschinen bekannt, wozu allenfalls eine Leistungsmessung bei verschiedenen Belastungen vorzunehmen ist, so gibt die Beobachtung der Wasserführung und der erzeugten Energie während eines längeren Zeitraumes die Unterlagen für eine Feststellung der Werknutzbarkeit. Gute Dienste leisten hierbei selbstschreibende Leistungsmesser, Druckmesser und Pegel. Die Prüfung der Anlage auf bauliche Mängel führt zur Erwägung der geeigneten Aenderungsmaßnahmen sowie ihrer Kosten. Gleichzeitig damit sind die Möglichkeiten für eine Erhöhung der Ausbauwassermenge auf ein wirtschaftlich günstiges Maß eingehend zu untersuchen, ebenso für die Anlage eines Staubeckens. Oft sind die hierzu erforderlichen baulichen Veränderungen an der bestehenden Anlage unter Aufwendung verhältnismäßig geringer Mittel durchführbar. Häufig bietet sich die Gelegenheit, eine brach liegende Kraftstufe zur Erhöhung des Gefälles einzubeziehen. Nach Verbesserung des wasserbaulichen Teils gibt eine Turbinenauswechselung Gelegenheit zur Beseitigung ungünstiger Antriebsverhältnisse. Werden solche Arbeiten mit der erforderlichen Umsicht und nach wasserwirtschaftlichen Gesichtspunkten durchgeführt, so kann eine alte Wasserkraftanlage zu einer hochwertigen umgestaltet werden. Auch bei Wasserläufen, die durch viele hintereinander liegende Kleinkraftanlagen ausgenützt sind, läßt sich durch eingehende Ermittlungen wohl eine Möglichkeit der Betriebsgestaltung finden, die unter Wahrung berechtigter
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