鉅大LARGE | 點擊量：732次 | 2019年01月09日
全球電池儲能市場面臨的挑戰(zhàn)與機遇
電池儲能是非常靈活的，它可以進行快速部署，且具有多種應(yīng)用。同時它能夠產(chǎn)生大量價值流——更不用說電池價格比預(yù)期中下降得還要快這一點。根據(jù)一項預(yù)測，到2022年，儲能市場的年銷售量可達(dá)到260億美元以上，年復(fù)合增長率（CAGR）則達(dá)46.5%。然而，該部門的活力并不完全歸因于這些因素。諸如人工智能、區(qū)塊鏈和預(yù)測分析等相鄰數(shù)字技術(shù)的進步正在促發(fā)綜合解決方案和創(chuàng)新商業(yè)模式，而幾年之前，這些方案和模式幾乎是不可想象的。世界各地的創(chuàng)業(yè)公司正迅速將智能網(wǎng)絡(luò)“電表后端”電池商業(yè)化，以造福于電力用戶、公用事業(yè)公司以及電網(wǎng)運營商。
本期的智能內(nèi)參，我們推薦來自德勤的報告《全球電池儲能市場面臨的挑戰(zhàn)與機遇》，全面分析在集成領(lǐng)域以及其他形式的電池解決方案的開發(fā)和部署方面所取得的進展。
一、市場驅(qū)動因素
1、成本和性能改進
各種儲能形式已存在有數(shù)十年。所以這讓人不禁發(fā)問：為何偏偏電池儲能獨占鰲頭？又為何非現(xiàn)在不可？也許最顯而易見的答案是其成本的下降以及性能的改善，尤其是在鋰離子電池方面。同時也正是由于不斷擴大的電動汽車市場，制造業(yè)的經(jīng)濟規(guī)模得以促進。如下圖所示，鋰離子電池的成本正在急劇下降。然而，根據(jù)我們所分析的九個國家的情況，可以明確的一點是：成本下降僅僅是一部分原因。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
2、電網(wǎng)現(xiàn)代化
許多國家正在實施電網(wǎng)現(xiàn)代化計劃，以提高應(yīng)對惡劣天氣事件的復(fù)原能力，減少與老化基礎(chǔ)設(shè)施相關(guān)的系統(tǒng)中斷，并提高系統(tǒng)的整體效率。這些計劃通常涉及在已建立的電網(wǎng)內(nèi)部署智能技術(shù)，以實現(xiàn)雙向通信和先進的數(shù)字控制系統(tǒng)，以及整合分布式能源（即可再生能源、燃料電池、柴油或天然氣發(fā)電廠、儲能資產(chǎn)和微電網(wǎng)）。
總之，我們發(fā)現(xiàn)電池儲能的發(fā)展與為實現(xiàn)電網(wǎng)現(xiàn)代化（包括向智能電網(wǎng)的過渡）所做出的努力密不可分。數(shù)字化電網(wǎng)支持生產(chǎn)消費者參與智能系統(tǒng)配置、預(yù)測性維護和自我修復(fù)，這為實施階梯式費率結(jié)構(gòu)鋪平了道路—這一切為電池儲能開辟了空間，促使其通過增加容量、調(diào)峰運行和/或改善電能質(zhì)量創(chuàng)造價值。雖然智能技術(shù)已存在了一段時間，但電池儲能的出現(xiàn)有助于挖掘它的全部潛能，反之亦然。
3、全球可再生能源運動
廣泛的可再生能源和減排扶持政策也在推動全球使用電池儲能解決方案。電池在抵消可再生能源間歇性和減少削減方面所發(fā)揮的關(guān)鍵作用是有目共睹的，但各類電力用戶依然追逐清潔能源，其程度和普遍度仍在增長。這種情況在企業(yè)和公共部門中尤為明顯。正如德勤最近的一份報告真正的生意：企業(yè)采購競爭對手推動可再生能源增長的政策中所指出的那樣，大型跨國公司在采購全球可再生能源方面發(fā)揮了領(lǐng)導(dǎo)作用。事實上，許多人公開承諾在未來二十年或更早即可通過RE100和可再生能源買家聯(lián)盟等計劃達(dá)成100%使用可再生能源的目標(biāo)。這預(yù)示著可再生能源能夠持續(xù)發(fā)展，并可能會繼續(xù)就電池儲能作出部署，以協(xié)助整合更多的分布式能源。
4、參與電力批發(fā)市場
雖然經(jīng)常在一句話中同時提到可再生能源和電池儲能，但電池儲能卻能夠幫助平衡任何發(fā)電源的電網(wǎng)，并提高電能質(zhì)量。這表明電池儲能在全球范圍內(nèi)參與電力批發(fā)市場的機會越來越大。幾乎我們所分析的所有國家都正在改造其批發(fā)市場結(jié)構(gòu)，爭取為電池儲能開辟一席之地供其提供容量以及諸如頻率調(diào)節(jié)和電壓控制等輔助服務(wù)。雖然這些應(yīng)用程序仍處于初級階段，但是隨著決策者努力地消除阻礙儲能參與和調(diào)整市場的障礙時，這些應(yīng)用程序也還是取得了不同程度的成功。
以德國的主要控制儲備（PCR）市場為例。這一市場的參與者通過贏得每周一次的競價創(chuàng)造收入、并通過提供平衡電網(wǎng)所需的接納能力來獲取報酬。盡管PCR市場在過去幾年里一直向儲能供應(yīng)商開放，但是對于電池儲能的部署卻直到2016年才變得重要起來，因為那時起，系統(tǒng)成本不斷下降，所以可以獲得可行的投資回報。與傳統(tǒng)發(fā)電廠不同的是，電池儲能幾乎可以在瞬間對系統(tǒng)失衡做出反應(yīng)，并在不到30秒的時間內(nèi)完全啟動。
然而，與美國不同，德國針對這種快速響應(yīng)并不提供報酬，所以德國的電池供應(yīng)商直接與現(xiàn)有公司競爭，比如天然氣調(diào)峰電廠。一方面，這種無差別競爭有效地降低了容量成本，但另一方面，它也導(dǎo)致市場迅速飽和，利潤微薄，電池儲能供應(yīng)商經(jīng)濟狀況不穩(wěn)定。由于在PCR市場未能有足夠的增長空間，德國的電池儲能解決方案提供商越來越多地將目光放在二級儲備市場以及配電遞延上，作為其潛在的新價值流。
與德國一樣，美國的一些電網(wǎng)運營商也將電池儲能引入其系統(tǒng)競爭。美國電力批發(fā)市場對電池等快速反應(yīng)資源供應(yīng)商的開放，很大程度上要歸功于分別于2011年和2013年發(fā)布的第755和第784號聯(lián)邦能源管理委員會（FERC）命令。命令規(guī)定，對于輔助服務(wù)市場上的響應(yīng)速度以及響應(yīng)準(zhǔn)確性進行獎勵。由于電池供應(yīng)商受邀參與頻率調(diào)節(jié)市場，電網(wǎng)運營商已經(jīng)開始遭遇一些前所未有的挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)來自于儲能快速爬坡和較慢爬坡資源的混合、調(diào)度參數(shù)和信號相關(guān)事項、其他技術(shù)要求三者之間的失衡。
然而，展望未來，我們的研究發(fā)現(xiàn)表明，將電池整合到電力批發(fā)市場的好處將超過這些日益增長的痛苦，這是因為世界各地的決策者正在越來越多地采取行動來獎勵速效電池儲能在平衡電網(wǎng)運營方面所做出的貢獻(xiàn)。例如，智利國家能源委員會起草了一個新的輔助服務(wù)監(jiān)管框架，認(rèn)同了電池儲能系統(tǒng)能夠做出的貢獻(xiàn)。同樣的，意大利也開放了其輔助服務(wù)市場，作為可再生能源和儲能項目試點，將其引入為全面監(jiān)管改革所做工作的一部分。同時，2018年2月15日，F(xiàn)ERC發(fā)布了最終規(guī)則，采取進一步措施消除其管轄范圍內(nèi)阻礙電力儲存資源參與容量、能源和輔助服務(wù)市場的障礙。
5、財政激勵
在我們所研究的國家，由政府出資進行財政激勵，該措施進一步反映出政策制定者越來越意識到電池儲能解決方案為整個電力價值鏈帶來的各種益處。在我們的研究中，這些激勵措施不僅包括通過退稅償還或直接償還電池系統(tǒng)成本所占百分比，還包括通過贈款或者補貼融資來提供資金支持。這些激勵措施在能源安全問題上顯得尤為慷慨，比如2017年，意大利為住宅儲存裝置提供了50%的稅收減免。或者針對那些在電池制造中享有經(jīng)濟利益的國家，比如韓國，2017年上半年，得到韓國政府支持而投資的儲能系統(tǒng)增長了89兆瓦時（MWh）的產(chǎn)能，比上一年同期增長了61.8%。
6、FIT或凈電量結(jié)算政策的淘汰
由于消費者和企業(yè)試圖從其太陽能光伏（PV）投資中尋求可以獲取更高回報的方式，太陽能發(fā)電上網(wǎng)電價補貼政策（FIT）或凈電量結(jié)算政策的低價或熱度消退成為進一步配置電表后端系統(tǒng)的驅(qū)動因素。這種情況發(fā)生在澳大利亞、德國、英國以及美國夏威夷。這些地區(qū)擁有最成熟的太陽能市場，部分原因是電力價格高到足以使太陽能在經(jīng)濟上可行。
盡管這還不是一種全球性的趨勢，但我們有理認(rèn)為，隨著FIT的淘汰、太陽能PV設(shè)備的所有者會將電池作為一種自行消耗更多電力的手段，轉(zhuǎn)移負(fù)荷以避免峰值電荷、和/或在需要時為公共事業(yè)公司或聚合商的電池充電或放電來提供電網(wǎng)穩(wěn)定服務(wù)。例如，2017年，夏威夷檀香山的住宅儲存證增長了1700%，即18倍。出現(xiàn)這一激增的部分原因是，國家在2015年取消了凈電量結(jié)算政策，并限制了參與隨后的將電力送回電網(wǎng)的激勵計劃。
7、自給自足的愿望
上文對幾個驅(qū)動因素作出了詳細(xì)的描述，而實際上住宅和C&I消費者對能源自給自足的渴望日益高漲，這成為一股驚人的推動電表后端儲能部署的力量。這種愿景在某種程度上助長了我們所考察的幾乎所有國家的電表后端市場，這表明購買儲能系統(tǒng)的動機并非純粹只是金融方面。
如前所述，F(xiàn)IT的淘汰可能是某些家庭安裝儲能電池的契機，這些家庭中有大約一半是對現(xiàn)有太陽能PV裝置的改造或作為該裝置的附加組件。另外一半則采用全新的太陽能+儲能系統(tǒng)，這一部分則可能與淘汰FIT沒有太大關(guān)聯(lián)。由于大型住宅電池儲能系統(tǒng)的售價仍在8，000—10，000澳元（6，300—8，000美元）之間，所以對于這一部分家庭來說，最有可能的動機就是對自給自足的向往以及作為一名早期體驗者的自豪感，而非快速回報和投資回報。盡管電池儲能系統(tǒng)必須具有成本競爭力，但根據(jù)它們在澳大利亞的受歡迎程度以及我們在別處的研究結(jié)果表明，電池儲能無需犧牲價格，它不一定非要比從任一電力公司購買的電力和服務(wù)便宜得多，才能換取其自身的市場增長。
8、國家政策
對于電池儲能供應(yīng)商來說，國家所出臺的促進各種戰(zhàn)略目標(biāo)的政策為他們提供了更多機會。許多國家認(rèn)為，可再生能源加儲能是一種全新的方式，可以幫助他們減少對能源進口的依賴、填補其多能源發(fā)電的空白、提高其系統(tǒng)的可靠性和復(fù)原力、朝著環(huán)保目標(biāo)和去碳化目標(biāo)邁進。意大利和日本等一些國家正在積極地鼓勵能源儲能并對其進行補貼，并將此作為大范圍改組工作的一部分，旨在確保儲能系統(tǒng)的可靠性，并減少其對國際能源公司和外國進口的依賴。
儲能的發(fā)展也可能受益于與發(fā)展中國家城市化和生活質(zhì)量目標(biāo)相關(guān)的廣泛政策授權(quán)。例如，印度的智能城市倡議利用競爭挑戰(zhàn)模式，以支撐在全國100個城市部署智能技術(shù)。這些部署的目標(biāo)是確保充足的電力供應(yīng)、實現(xiàn)環(huán)境可持續(xù)性、高效移動性和公共交通。電動汽車、可再生能源和電池儲能對于實現(xiàn)這些目標(biāo)來說至關(guān)重要—印度政府所發(fā)聲明可以證明這一點，其計劃從2030年開始只銷售電動汽車。此外，印度政府的目標(biāo)是到2022年為止，將太陽能發(fā)電能力從2016年的10吉瓦提高到100吉瓦。印度最近推出了首個用于峰值負(fù)荷管理的電網(wǎng)規(guī)模的電池儲能系統(tǒng)，這表明了儲能市場的潛在繁榮。而印度所尋求的激進的政策目標(biāo)，在很大程度上取決于開發(fā)一個清潔、可靠的電力系統(tǒng)。
二、挑戰(zhàn)
盡管市場驅(qū)動力正趨同化，并推動儲能部署向前發(fā)展，但卻仍然存在挑戰(zhàn)。其中較為突出的障礙可以追溯到電池儲能技術(shù)的發(fā)展速度、其應(yīng)用的演化歷程，以及電池存儲的多樣性和靈活性。
1、對高價的看法
與任何技術(shù)一樣，電池儲能并不總是經(jīng)濟的，而且對于特定應(yīng)用來說，其成本往往過高。但這是意料之中的事。問題就在于，若對于高成本的看法不準(zhǔn)確，則可能會在考慮儲能解決方案時將電池儲能排除在外。成本飛速地下降，以至于決策者對系統(tǒng)價格的看法可能已經(jīng)過時，他們會認(rèn)為電池的成本仍然和幾年前，或者甚至六個月前一樣。以最近的XcelEnergy招標(biāo)為例，它戲劇性地說明了電池價格的下降程度及其對整個系統(tǒng)成本所產(chǎn)生的影響，此次招標(biāo)的最終結(jié)果是太陽能—PV加電池的平均價格為美元/MWh，而風(fēng)能加電池的平均價格則為21美元/MWh。雖然太陽能+電池價格在美國創(chuàng)下了新的記錄，但這種情況可能并不會持續(xù)太久。
據(jù)預(yù)計，無論是電池技術(shù)本身的成本，還是平衡系統(tǒng)組件的成本，其價格都將持續(xù)下跌。雖然這些基礎(chǔ)技術(shù)并不像人們關(guān)注的技術(shù)那樣引人注目，但它們卻確實與電池本身一樣重要，它們可能代表著下一波成本大幅度降低的浪潮。例如，逆變器是儲能項目的“大腦”，它們對項目績效和回報的影響作用是顯著的。然而，根據(jù)GTMResearch的最新報告顯示，逆變器市場仍然是“新生的和零散的，同時充滿了支持各種應(yīng)用和功能的新產(chǎn)品”。因此，隨著市場不斷成熟以及市場前景的鞏固，儲能逆變器的價格有望在未來幾年內(nèi)下降。
2、缺乏標(biāo)準(zhǔn)化
早期市場的參與者常常不得不應(yīng)對各種各樣的技術(shù)要求、經(jīng)歷各種不同的過程、享受各種不同的政策。電池供應(yīng)商也不例外。這種差距無疑增加了整個價值鏈的復(fù)雜性和成本，使得缺乏標(biāo)準(zhǔn)化成為作出進一步部署的重要障礙。由于存在與電池有關(guān)的“電量平衡”問題，所以標(biāo)準(zhǔn)化對于電池儲能的擴散來說可能尤為重要。換句話說，電池不能過度泄電，否則會損壞電池本身；網(wǎng)絡(luò)運營商需要知道電池在給定時間里還剩下多少“電量”；充電/循環(huán)時間取決于所使用的電池類型（例如，液態(tài)或固態(tài)鋰離子電池）。
3、過時的監(jiān)管政策和市場設(shè)計
正如可以預(yù)見新興技術(shù)的出現(xiàn)一樣，同樣可以預(yù)測到監(jiān)管政策正在落后于當(dāng)今存在的儲能技術(shù)。由愛迪生電氣研究所代表美國投資者所擁有的電力公司而發(fā)出的聲明總結(jié)了這種情況：“許多公共政策和法規(guī)必須加以更新，以鼓勵作出儲能部署?，F(xiàn)行政策是在開發(fā)新的儲能形式之前制定的，這些舊政策不承認(rèn)儲能系統(tǒng)的靈活性，也不允許它們之間存在一個公平的競爭環(huán)境?！睂τ谝粋€可能需要作出變更的監(jiān)管結(jié)構(gòu)來說，其需要將儲能定義為發(fā)電、負(fù)荷、輸電或配電基礎(chǔ)設(shè)施，以便優(yōu)化對于這種“唯一靈活的資源”的使用。
對于監(jiān)管機構(gòu)和系統(tǒng)運營商來說，滯后政策并不新鮮。如前所述，許多政策都正在更新輔助服務(wù)市場規(guī)則，以支持儲能部署。電池儲能系統(tǒng)增強電網(wǎng)靈活性和可靠性的能力得到了充分的證明，這也許就是監(jiān)管機構(gòu)傾向于首先關(guān)注批發(fā)市場的原因。同時需要更新的還有零售規(guī)則，并以此引起住宅和C&I消費者對儲能系統(tǒng)的興趣。
迄今為止，在這一領(lǐng)域的討論主要是關(guān)于針對智能電表實施的階梯式或結(jié)構(gòu)化分時費率。不實施階梯式費率，電池儲能就失去了它最吸引人的特性之一：即在價格便宜的時候儲存電能來促進利率套利，然后在價格昂貴時售出。雖然分時費率還未成為全球潮流，但隨著智能電表在許多國家首推完成，這種情況可能會迅速改變。例如，英國的政策制定者已經(jīng)制定了一些基本分時電價，基于七到十個非高峰時間進行設(shè)計，且主要是在夜間。62隨著2020年全國范圍內(nèi)智能電表的全面推出，這些電價政策會愈加完善，并在未來得到更廣泛的使用。
4、儲能的不完全定義
儲能的應(yīng)用過程中有一個揮之不去的障礙，即對電池儲能解決方案的各種應(yīng)用、如何分配價值、如何補償供應(yīng)商并不完全了解。換句話說，儲能正面臨身份危機，所以世界各地的利益相關(guān)者和政策制定者都在努力研究如何定義速效電池儲能。顯然，這并不容易。例如，落基山研究所（RMI）僅僅是針對三個客戶細(xì)分的儲能就識別出了13種價值流—然而這還只是眾多客戶細(xì)分中的一種。
在全球范圍內(nèi)，電池儲能最常見的用途是頻率調(diào)節(jié)，其次是備用容量、電費管理和能源時間遷移。
三、儲能供應(yīng)商關(guān)注的焦點
隨著贊成收入疊加的呼聲越來越大，監(jiān)管機構(gòu)一般都傾向于更好地定義儲能，向新參與者開放市場，并最終針對多個價值流提供補償。然而，重新設(shè)計零售和電力批發(fā)市場可能需要數(shù)年時間，這使得儲能供應(yīng)商不得不尋找能在此期間獲得增值和發(fā)展的方式。
一些儲能供應(yīng)商在尋找輸配電遞延的方法，比如亞利桑那州公共服務(wù)公司和AES儲能公司（現(xiàn)在的Fluence）最近提出的8MWh電池組方案。據(jù)預(yù)計只需12至15個月進行規(guī)劃和實施，該系統(tǒng)將部署在鳳凰城東北部的一個社區(qū)里，作為構(gòu)建一條長20英里的輸電線路的一種快速且經(jīng)濟有效的替代方案。其他儲能供應(yīng)商則正專注于諸如數(shù)據(jù)中心這樣的利基、高增長領(lǐng)域，另有一部分供應(yīng)商則看到了將儲能作為微電網(wǎng)一部分的可能。氣候變化和來自相比較而言更加嚴(yán)重的風(fēng)暴的影響導(dǎo)致了對后者的緊迫訴求，儲能公司在對遭受颶風(fēng)蹂躪的加勒比島的電力基礎(chǔ)設(shè)施進行重建和升級方面發(fā)揮了重要的作用，這兩個方面都是為了在短期內(nèi)提供緊急電力，以及從長遠(yuǎn)來看提供更強大的系統(tǒng)復(fù)原力。
在其他地方，創(chuàng)業(yè)公司則正在把重點放在住宅用儲能的電表后端系統(tǒng)，但這也適用于同一概念：即集成一組電池或太陽能+儲能系統(tǒng)，以此向電網(wǎng)提供服務(wù)或參與能源交易。歐洲的幾個參與者目前正在探索不同類型的集成模式，并可能讓住宅儲能變得更加可行。在英國，當(dāng)?shù)氐膮⑴c者Moixa提出了一個“共享電網(wǎng)”計劃，通過資格審查的電池儲能客戶可以注冊并獲得現(xiàn)金，據(jù)此計劃，該公司能夠智能地管理他們的電池，以助其平衡電網(wǎng)。正如該公司的網(wǎng)站所解釋的那樣，共享電網(wǎng)“每一個Moixa電池都內(nèi)置有智能大腦用以組合每個用戶所儲存的能源（或備用容量）”。參與者通常通過固定年費或收入總額的一部分獲得獎勵?！?/p>
由于每個電動汽車都包含一個電池，而且都可能會與其他電池集合以提供電網(wǎng)服務(wù)，電池集成的潛力與不斷擴大的電動汽車市場相互交織，因此其發(fā)展?jié)摿薮?。主要服?wù)于德國和荷蘭的歐洲輸電系統(tǒng)運營商TenneT正在探索將電動車靈活的容量整合到電網(wǎng)中的方法。在荷蘭的一個試點項目中，可再生能源公司Vandebron將與擁有電動汽車的客戶合作，通過客戶提供的汽車電池容量幫助TenneT平衡電網(wǎng)。這一努力被認(rèn)為是開創(chuàng)性的，因為它新穎地使用了區(qū)塊鏈技術(shù)來創(chuàng)建一個具有高度響應(yīng)能力的、獲許可的網(wǎng)絡(luò)。該區(qū)塊鏈通常與直接交易平臺相關(guān)聯(lián)，并通常用作虛擬分類賬。
它記錄了一份不斷增加的交易清單，這些交易清單通常會使用加密技術(shù)同時進行鏈接與實施保護。在這種情況下，區(qū)塊鏈會跟蹤每一輛汽車電池的可用性，并記錄其響應(yīng)電網(wǎng)運營商信號的行為和反應(yīng)。這使得電池每一次只需要幾秒鐘的時間，就能在不影響用戶為其汽車充電的能力的情況下，對電網(wǎng)的變化作出精確的響應(yīng)。TenneT同時還與德國住宅用電池儲能供應(yīng)商Sonnen集團合作，對一個類似的住宅用太陽能電池區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)進行試驗。數(shù)字技術(shù)的進步也為電力消費者直接參與能源部門打開了大門。
有幾家公司正在嘗試使用支持區(qū)塊鏈對等網(wǎng)絡(luò)（P2P）交易平臺，為房主或企業(yè)之間直接共享儲能和/或自發(fā)電力提供了便利。參加紐約、澳大利亞、德國和孟加拉國等地試點項目的家庭現(xiàn)在可以通過區(qū)塊鏈平臺和微電網(wǎng)管理系統(tǒng)（大多有存儲組件）進行少量的綠色電力交易。92這些技術(shù)的發(fā)展共同指出了能源“云”環(huán)境出現(xiàn)的潛在可能，在這種環(huán)境中，無需擔(dān)心有中間商，所有用戶可以按需獲取共享的能源并進行交易。
智東西認(rèn)為，近些年，隨著人工智能、預(yù)測分析和區(qū)塊鏈等相鄰數(shù)字技術(shù)的飛躍正在成倍地擴展電池儲能部署的用途、增加其效益。這些相輔相成的機制，不僅僅改善了電池性能和成本，并使得電池儲能這一概念逐漸成為現(xiàn)實。雖然“儲能”和“可再生能源”經(jīng)常出現(xiàn)在同一句話中，但儲能不僅僅是將間歇性風(fēng)力和太陽能輸出結(jié)合起來：電池儲能解決方案可以進行快速部署，精確定位，它可以提高整個電網(wǎng)的效率和復(fù)原力，而無論發(fā)電源是什么。這使得儲能這一概念更加引人入勝。
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