Mestrado Profissional em Produção
e Gestão Agroindustrial
Prof. Ms. José Paulo Leandro
Prof. Dr. Celso Correia de Souza
A COGERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA
EM UMA UNIDADE
SUCROENERGÉTICA DE MATO
GROSSO DO SUL – PERSPECTIVAS E
VIABILIDADE
• IMPORTÂNCIA DO SETOR NO CENÁRIO
NACIONAL ;
• CRESCIMENTO DA PARTICIPAÇÃO DA
BIOENERGIA NA MATRIZ ENERGÉTICA
BRASILEIRA;
...
• POTENCIAL DO ESTADO DE MATO GROSSO DO
SUL FRENTE AO CENÁRIO NACIONAL;
• IMPORTÂNCIA DO ASSUNTO COMO FONTE DE
PESQUISA.
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MATRIZ ENERGÉTICA BRASILEIRA
o DEMANDA DE ENERGIA – FORTE CRESCIMENTO
NOS PRÓXIMOS 25 ANOS
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MATRIZ ENERGÉTICA BRASILEIRA
FONTES 2005 2010 2011 2012
Não renováveis 52,7 52,6 54,3 54,0
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Fonte: Adaptado do EPE (2013)
REVISÃO GERAL DE LITERATURA
MATRIZ ENERGÉTICA BRASILEIRA
Oferta Interna de Energia Elétrica ...
SETOR INDUSTRIAL 0,3%
SETOR RESIDENCIAL 2,10%
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Fonte: EPE (2013)
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• A GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA
Conversão eletromecânica de energia
Fonte: Adaptado de TORO (1994, p.108).
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AGENTES DO SISTEMA ELÉTRICO BRASILEIRO:
• OPERADOR NACIONAL DO SISTEMA ELÉTRICO
(ONS);
• SISTEMA INTERLIGADO NACIONAL (SIN...
Representação simplificada do sistema de energia elétrica
Fonte: Adaptado de Xavier (1998)
CENÁRIOS DO SETOR DA ENERGIA EL...
Tipo por tecnologia
Quantidade
(un.)
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(KW) ( % )
CGH 15 5.959 0.07
PCH 11 215.328 2.45
UHE 6 6.788.800 77,3
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COGERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA
A COGERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA, PERMITE
ATRAVÉS DO MESMO ELEMEN...
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COGERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA
 Menor custo de energia (elétrica e térmica);
 Maior confiabil...
REVISÃO GERAL DE LITERATURA
COGERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA
Esquema de um sistema de cogeração
Fonte: Adaptado de Paladino (...
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TIPOS DE EQUIPAMENTOS UTILIZADOS PARA PRODUÇÃO
DE ENERGIA ELÉTRI...
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Sistema de turbina em contrapressão
Fonte: Adaptado de Clementin...
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Sistema de turbina em condensação
Fonte: Adaptado de Clementino ...
REVISÃO GERAL DE LITERATURA
SETOR SUCROALCOOLEIRO
FONTE/ANO 2007 2008 2009 2010 2011 2012
Toneladas equivalentes em petról...
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SETOR SUCROALCOOLEIRO
Período
Cana de açúcar
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Açucar
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Etanol
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2010/2011 2011/2102 2012/2013
Produção bioenergia no MS em GWh
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COGERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA
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Processo de extração e obtenção do bagaço da cana de açúcar
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REVISÃO GERAL DE LITERATURA
COGERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA
Processo de produção de energia elétrica.
Fonte: ETH (2013)
OBJETIVOS
Geral:
 Investigar a viabilidade econômica na
produção de energia elétrica a partir do
bagaço da cana de açúcar...
OBJETIVOS
Específicos:
 Investigar o sistema de cogeração de energia
elétrica por bagaço;

 Determinar o custo de produ...
OBJETIVOS
Específicos:
 Analisar as vantagens do sistema quanto aos
aspectos socioeconômicos e desenvolvimento
regional.
Questões da pesquisa:
• Quais os princípios básicos da cogeração de
energia elétrica pela queima de bagaço da
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PESQUISA REALIZADA NA USINA SANTA LUZIA DA
ETH BIOENERGIA DO GRUPO ODEBRECHT
MUNICÍPIO DA NOVA ALVORADA DO SUL (MS)
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USINA DE SANTA LUZIA
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 MOAGEM DE CANA DE AÇUCAR: 6 MILHÕES DE TON...
METODOLOGIA UTILIZADA PARA O CÁLCULO DO CUSTO DO MWh E
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VIABILIDADE ECONÔMICA
CENÁRIO 1
Considera que toda a energia excedente ( média de 66MWh)
é comercializada a um valor médio...
VIABILIDADE ECONÔMICA
CENÁRIO 2
Considera apenas a energia gerada para utilização da própria
indústria (média de 33 MWh), ...
RESULTADOS
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RESULTADOS
Produção média de 66MWh
Valor de comercialização de R$ 136,77
Tempo de operação de 6240 horas
VPL encontrado - ...
RESULTADOS
Produção média de 33MWh
Valor de comercialização de R$ 136,77
Tempo de operação de 6240 horas
VPL encontrado - -R$ 65.767....
Variação do VPL em relação a produção MWh
RESULTADOS
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A cogeração por bagaço de cana de açúcar é uma
excelente oportunidade como complemento de produção de
energia elétrica na ...
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Cogeração de energia elétrica em unidade sucroenergética - Perspectivas e viabilidade

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A cogeração de energia elétrica com cana de açúcar e uma modalidade de produção renovável, limpa e altamente sustentável com benefícios para o meio ambiente e para a sociedade, pela emissão praticamente nula de CO2 e de promover o desenvolvimento regional.

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Cogeração de energia elétrica em unidade sucroenergética - Perspectivas e viabilidade

  1. 1. Mestrado Profissional em Produção e Gestão Agroindustrial
  2. 2. Prof. Ms. José Paulo Leandro Prof. Dr. Celso Correia de Souza
  3. 3. A COGERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA EM UMA UNIDADE SUCROENERGÉTICA DE MATO GROSSO DO SUL – PERSPECTIVAS E VIABILIDADE
  4. 4. • IMPORTÂNCIA DO SETOR NO CENÁRIO NACIONAL ; • CRESCIMENTO DA PARTICIPAÇÃO DA BIOENERGIA NA MATRIZ ENERGÉTICA BRASILEIRA; • RESOLUÇÃO ANEEL 482 DE 17/04/2012; INTRODUÇÃO
  5. 5. • POTENCIAL DO ESTADO DE MATO GROSSO DO SUL FRENTE AO CENÁRIO NACIONAL; • IMPORTÂNCIA DO ASSUNTO COMO FONTE DE PESQUISA. INTRODUÇÃO
  6. 6. MATRIZ ENERGÉTICA BRASILEIRA o DEMANDA DE ENERGIA – FORTE CRESCIMENTO NOS PRÓXIMOS 25 ANOS o CRESCIMENTO SUSTENTÁVEL o CRESCIMENTO DA RENDA PER CAPITA E SUA MELHOR DISTRIBUIÇÃO • Tolmasquim (2007) REVISÃO GERAL DE LITERATURA
  7. 7. REVISÃO GERAL DE LITERATURA MATRIZ ENERGÉTICA BRASILEIRA FONTES 2005 2010 2011 2012 Não renováveis 52,7 52,6 54,3 54,0 Petróleo 42,0 42,1 42,5 41,6 Gás natural 8,8 9,0 9,3 9,9 Carvão 1,3 0,8 0,8 1,0 Urânio 0,7 0,7 1,6 1,5 Renováveis 47,3 47,4 45,7 46,0 Energia hidráulica 14,5 13,7 14,4 13,9 Lenha 14,2 10,3 10,1 10,0 Produtos da cana 15,5 19,3 16,9 17,5 Outras renováveis 3,2 4,1 4,4 4,6 Fonte: Adaptado de EPE (2013) PARTICIPAÇÃO NA MATRIZ ENERGÉTICA BRASILEIRA POR FONTE PRIMÁRIA EM PERCENTUAL Fonte: Adaptado de EPE (2013)
  8. 8. Fonte: Adaptado do EPE (2013) REVISÃO GERAL DE LITERATURA MATRIZ ENERGÉTICA BRASILEIRA Oferta Interna de Energia Elétrica em 2012 em percentual
  9. 9. SETOR INDUSTRIAL 0,3% SETOR RESIDENCIAL 2,10% REVISÃO GERAL DE LITERATURA Fonte: EPE (2013) CRESCIMENTO DO CONSUMO DE ENERGIA ELÉTRICA – BRASIL – 2012 PARTICIPAÇÃO DE FONTES RENOVÁVEIS – OFERTA INTERNA DE ENERGIA BRASIL (2012) 44,1% MUNDO (2010) 13,2%
  10. 10. • A GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA Conversão eletromecânica de energia Fonte: Adaptado de TORO (1994, p.108). REVISÃO GERAL DE LITERATURA
  11. 11. AGENTES DO SISTEMA ELÉTRICO BRASILEIRO: • OPERADOR NACIONAL DO SISTEMA ELÉTRICO (ONS); • SISTEMA INTERLIGADO NACIONAL (SIN). REVISÃO GERAL DE LITERATURA
  12. 12. Representação simplificada do sistema de energia elétrica Fonte: Adaptado de Xavier (1998) CENÁRIOS DO SETOR DA ENERGIA ELÉTRICA NO BRASIL REVISÃO GERAL DE LITERATURA
  13. 13. Tipo por tecnologia Quantidade (un.) Potência (KW) ( % ) CGH 15 5.959 0.07 PCH 11 215.328 2.45 UHE 6 6.788.800 77,3 UFV 8 27 0 UTE 36 1.771.805 20,18 Total 61 8.347.695 100 COMPOSIÇÃO DA MATRIZ ENERGÉTICA DO MS EM 2013 Fonte: MME (2013) REVISÃO GERAL DE LITERATURA CGH – CENTRAIS HIDRELÉTRICAS ATÉ 1 MWh PCH - CENTRAIS HIDRELÉTRICAS ATÉ 30 MWh UHE - CENTRAIS HIDRELÉTRICAS DE GRANDE PORTE UFV - CENTRIAS FOTOVOLTÁICAS UTE - ENTRAIS TERMELÉTRICAS
  14. 14. REVISÃO GERAL DE LITERATURA COGERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA A COGERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA, PERMITE ATRAVÉS DO MESMO ELEMENTO ENERGÉTICO, A OBTENÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA, VAPOR OU ENERGIA MECÂNICA E CALOR (CLEMENTINO, 2001).
  15. 15. REVISÃO GERAL DE LITERATURA COGERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA  Menor custo de energia (elétrica e térmica);  Maior confiabilidade de fornecimento de energia;  Melhor qualidade de energia produzida;  Menor custo de transmissão e de distribuição de eletricidade;  Maior eficiência energética;  Menor emissão de poluentes (vantagens ambientais);  Criação de novas oportunidades de trabalho e negócios. VANTAGENS:
  16. 16. REVISÃO GERAL DE LITERATURA COGERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA Esquema de um sistema de cogeração Fonte: Adaptado de Paladino (2004)
  17. 17. REVISÃO GERAL DE LITERATURA COGERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA TIPOS DE EQUIPAMENTOS UTILIZADOS PARA PRODUÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA POR COGERAÇÃO  TURBINA A VAPOR  TURBINA A GÁS  CICLO COMBINADO  MOTORES ALTERNATIVOS Contrapressão Condensação
  18. 18. REVISÃO GERAL DE LITERATURA COGERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA Sistema de turbina em contrapressão Fonte: Adaptado de Clementino (2001)
  19. 19. REVISÃO GERAL DE LITERATURA COGERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA Sistema de turbina em condensação Fonte: Adaptado de Clementino (2001)
  20. 20. REVISÃO GERAL DE LITERATURA SETOR SUCROALCOOLEIRO FONTE/ANO 2007 2008 2009 2010 2011 2012 Toneladas equivalentes em petróleo (tep) Renováveis 108.947 114.553 112.46 119.973 117.322 118.31 Produtos da Cana de Açúcar 40.458 45.019 44.775 48.852 43.27 45.132 PRODUÇÃO DE ENERGIA PRIMÁRIA EM 10.000 tep - BRASIL Fonte: BIOSUL(2013).
  21. 21. REVISÃO GERAL DE LITERATURA SETOR SUCROALCOOLEIRO Período Cana de açúcar (mil toneladas) Açucar (mil toneladas) Etanol (mil litros) Bioenergia (gwh) 2009/2010 23.100 746 1.262 660 2010/2011 33.500 1.326 1.848 1.100 2011/2012 33.860 1.588 1.620 1.300 CAPACIDADE DE MOAGEM DA CANA-DE-AÇÚCAR E PRODUÇÃO DE SEUS DERIVADOS NA SAFRA 2011/2012 EM RELAÇÃO ÀS SAFRAS ANTERIORES. - MS. Fonte: BIOSUL(2013).
  22. 22. 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 2010/2011 2011/2102 2012/2013 Produção bioenergia no MS em GWh PRODUÇÃO DE BIOENERGIA EM MATO GROSSO DO SUL EM GWH. REVISÃO GERAL DE LITERATURA Fonte: BIOSUL (2013).
  23. 23. REVISÃO GERAL DE LITERATURA COGERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA
  24. 24. REVISÃO GERAL DE LITERATURA COGERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA Processo de extração e obtenção do bagaço da cana de açúcar Fonte: ETH (2013).
  25. 25. REVISÃO GERAL DE LITERATURA COGERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA Processo de produção de energia elétrica. Fonte: ETH (2013)
  26. 26. OBJETIVOS Geral:  Investigar a viabilidade econômica na produção de energia elétrica a partir do bagaço da cana de açúcar no Estado de Mato Grosso do Sul, comparando os custos de produção com outros sistemas de geração de de energia elétrica de pequeno porte e as suas vantagens socioeconômicas.
  27. 27. OBJETIVOS Específicos:  Investigar o sistema de cogeração de energia elétrica por bagaço;   Determinar o custo de produção por MWh considerando o estudo de caso na ETH Bioenergia;  Analisar a viabilidade do investimento na produção e comercialização de excedentes;
  28. 28. OBJETIVOS Específicos:  Analisar as vantagens do sistema quanto aos aspectos socioeconômicos e desenvolvimento regional.
  29. 29. Questões da pesquisa: • Quais os princípios básicos da cogeração de energia elétrica pela queima de bagaço da cana de açucar? • O custo do MWh é competitivo frente a outras tecnologias? • O sistema é viável para a produção de energia elétrica excedente? • Qual a importância do setor para a matriz energética de Mato Grosso do Sul?
  30. 30. PESQUISA REALIZADA NA USINA SANTA LUZIA DA ETH BIOENERGIA DO GRUPO ODEBRECHT MUNICÍPIO DA NOVA ALVORADA DO SUL (MS) ABORGAGEM METODOLÓGICA DE CARÁTER EXPLORATÓRIO E DESCRITIVO ATRAVÉS LE LEVANTAMENTOS DE DADOS JUNTO AO CENTRO DE OPERAÇÕES AVANÇADAS (COE) MATERIAL E MÉTODOS
  31. 31. USINA DE SANTA LUZIA INÍCIO DE OPERAÇÃO NO ESTADO: 2009 CAPACIDADE INSTALADA:  MOAGEM DE CANA DE AÇUCAR: 6 MILHÕES DE TONELADAS;  PRODUÇÃO DE ETANOL: 640 MILHÕES DE ETANOL;  PRODUÇÃO DE ELETRICIDADE: 518 MIL MW.
  32. 32. METODOLOGIA UTILIZADA PARA O CÁLCULO DO CUSTO DO MWh E VIABILIDADE ECONÔMICA SOUZA et. al, CUSTO DA ELETRICIDADE GERADA EM CONJUNTO MOTOR GERADOR UTILIZANDO BIOGÁS DA SUINOCULTURA, 2004 AVACI et al, FINANCIAL ECONOMIC SCENÁRIO FOR MICROGERATION ENERGY FROM SWINW CULTURE – ORIGINATES BIOGAS, 2013
  33. 33. 1)1( )1( 1    n n j jj FRC FRC – Fator de Recuperação do Capital j – Taxa de desconto n – Prazo de amortização EQUAÇÕES PRINCIPAIS PE CABCAG Ce   Ce – Custo de energia elétrica CAG – Custo anualizado do conjunto motor-gerador CAB – Gasto anual com bagaço da cana PE – Produção de eletricidade
  34. 34. EQUAÇÕES PRINCIPAIS n n t t t r VR r FC IVPL )1()1(1       I – Valor do investimento inicial; FC – Valor líquido do fluxo de caixa na data t; r – Custo do capital; VR – Valor residual do projeto na data do período final de análise.
  35. 35. RESULTADOS E DISCUSSÃO DESCRIÇÃO VALOR UNIDADE Taxa de desconto 8 % Prazo para amortização do investimento 20 Ano Custo investimento caldeira-gerador 161.000.000 R$ Custo operação e manutenção 800.000 R$ ano Consumo de bagaço pelo conjunto caldeira-gerador 1.150.288 Toneladas/ano Disponibilidade da planta 6.240 Horas/ano Produção de bagaço de cana 1.168.914 Toneladas/ano Gasto anual com energia elétrica adquirida na rede 50.000 R$/ano Gasto com operação e manutenção da planta 800.000 R$/ano Valores de referência de projeto. Unidade de Santa Luzia (MS). 2013 Fonte: ETH (2013).
  36. 36. Custo de Produção (MWh). Unidade de Santa Luzia (MS). 2013 Fator Descrição Valores FRC Fator de recuperação de capital 0,11119 CIG Custo investimento do conjunto motor/gerador R$ 41.000.000,00 CAG Custo anualizado do investimento do conjunto motor/gerador R$ 84.537.900 CIB Custo investimento da caldeira R$ 120.000.000,00 CB Custo do bagaço R$ 10,77 CNB Consumo de bagaço pelo conjunto motor/gerador 1.168.914 t/ano CAB1 Gasto anual com bagaço R$ 14.220.000 Pot Potência nominal da planta 130.000KWh T Tempo de disponibilidade da planta 6.240 h/ano PE Produção de energia elétrica 811.200 MWh/ano Ce Custo de energia elétrica produzida por bagaço R$ 121,74/MWh
  37. 37. Custo de Produção do MWh por tempo de operação. Unidade Santa Luzia (MS). 2013 121,74
  38. 38. FONTE R$ Óleo diesel 491,61 Óleo combustível 330,11 Eólica 197,95 Gás natural 140,60 Nuclear 138,75 Carvão 135,05 Hidrelétrica 118,42 PCH 116,55 Biomassa (cana de açúcar) 101,75 Custos de produção de energia elétrica no Brasil, em 2008 Fonte: ANEEL (2008).
  39. 39. VIABILIDADE ECONÔMICA CENÁRIO 1 Considera que toda a energia excedente ( média de 66MWh) é comercializada a um valor médio de R$136,77 tendo como base, os valores alcançados nos Leilões de Energia Nova (LEN), e que a receita resultante remunera o capital investido
  40. 40. VIABILIDADE ECONÔMICA CENÁRIO 2 Considera apenas a energia gerada para utilização da própria indústria (média de 33 MWh), caso fosse comercializado, considerando o mesmo valor de remuneração do cenário 1. Nesse caso supõem-se que o investimento foi realizado para a produção de energia equivalente ao consumo da própria usina.
  41. 41. RESULTADOS VPL = R$148.777.133,65
  42. 42. RESULTADOS Produção média de 66MWh Valor de comercialização de R$ 136,77 Tempo de operação de 6240 horas VPL encontrado - R$ 210.747.356,00 Tempo de retorno do investimentos de 4,2 anos
  43. 43. RESULTADOS
  44. 44. Produção média de 33MWh Valor de comercialização de R$ 136,77 Tempo de operação de 6240 horas VPL encontrado - -R$ 65.767.907,00 RESULTADOS
  45. 45. Variação do VPL em relação a produção MWh RESULTADOS -R$ 50.000.000 R$ 0 R$ 50.000.000 R$ 100.000.000 R$ 150.000.000 R$ 200.000.000 35 40 45 50 55 60 65 VARIAÇÃO DO VPL EM RELAÇÃO A PRODUÇÃO (MWh) VPL
  46. 46. RESULTADOS 0 2 4 6 8 10 30 40 50 60 TEMPO DE RETORNO INVESTIMENTO TRI MWh
  47. 47. RESULTADOS (R$100.000.000) (R$50.000.000) R$0 R$50.000.000 R$100.000.000 R$150.000.000 R$ 130 R$ 140 R$ 150 R$ 160 R$ 170 R$ 180 R$ 190 R$ 200 R$ 210 R$ 220 R$ 230 VPL Variação do VPL em relação a tarifa aplicada no fornecimento de energia considerando a produção de 33MW.
  48. 48. A cogeração por bagaço de cana de açúcar é uma excelente oportunidade como complemento de produção de energia elétrica na composição da matriz energética brasileira; Disponibilidade de uma energia limpa e sustentável a preços competitivos; CONCLUSÕES Apresenta vantagens econômicas devido a produção estar próximo aos centros consumidores; Pela sua lucratividade, impulsiona o desenvolvimento econômico do estado produtor.
  49. 49. FINAL

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