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PLANEJAMENTO INTEGRADO
DE RECURSOS ENERGÉTICOS
PARA REGIÃO DO
MÉDIO PARANAPANEMA
Miguel Edgar Morales Udaeta*
Geraldo Francisco Burani*
Luiz Claudio Ribeiro Galvão*
William Takanori Ino*
RESUMO
O presente trabalho busca elaborar projeções baseadas no PIR (Planejamento Integrado
de Recursos Energéticos) a fim de propor uma alternativa de desenvolvimento sustentável
para uma região de São Paulo. De posse dos dados da região, obtidos nos últimos anos
por diversas frentes de estudo do GEPEA-USP, foram criados cenários de desenvolvimento e consumo de energia. Nestes cenários, foram consideradas duas possibilidades
para suprir a demanda desta região: energia de fontes limpas e/ou renováveis e energia de
fontes que buscam custos mais baixos. Para simular o comportamento dos diversos fatores
da oferta e da demanda no longo prazo, utilizou-se o LEAP (Long-range Energy Alternatives
Planning System). Ambos os cenários apresentaram vantagens e desvantagens, porém o
cenário de energia limpa pode muito bem suprir as necessidades da região pelos próximos
vinte anos. Incertezas em períodos maiores tornam as previsões pouco confiáveis, pois
tanto do lado da demanda como da oferta podem haver alterações que invalidariam o
estudo. O ideal é que haja um acompanhamento do comportamento do setor de modo a
fazer projeções mais curtas, de dez anos, por exemplo, para que sejam feitos os ajustes
necessários no parque gerador e nas políticas de consumo. Previsões longas servem sim
para mostrar os limites do sistema e da reserva de modo a prever situações de emergência
como as ocorridas em 2001 com escassez de água e conseqüente racionamento de energia.
Palavras Chave. PIR; desenvolvimento sustentável; recursos energéticos; LEAP;
cenários energéticos.
*GEPEA-USP - Grupo de Energia do Departamento de Engenharia de Energia e Automação Elétricas da Escola
Politécnica da Universidade de São Paulo - Av. Prof. Luciano Gualberto, trav. 3, 158; CEP: 05508-900; São Paulo-SP,
Brasil - eMail: [email protected]
1314
1. INTRODUÇÃO
O aumento da população global nos últimos séculos somado ao desenvolvimento
tecnológico que traz comodidade e conforto faz com que a demanda por energia elétrica
aumente cada vez mais rápido em vários países por todo o mundo. O resultado é que nem
sempre a oferta está preparada para tais adventos e conseqüentemente não consegue suprir
a demanda. Exemplos disto são as crises que presenciamos nos EUA e no Brasil. Em
ambos o aumento da demanda foi bem mais rápido que a expansão dos parques geradores o que causou transtornos como blackouts e racionamentos. Certamente os motivos que
causaram este descompasso não são da mesma natureza, porém para evitar conseqüências
como estas é necessário fazer um planejamento e principalmente executá-lo evitando transtornos maiores à economia e à população.
Tendo em vista que o aumento da demanda por energia elétrica é certo nos próximos
anos este trabalho tem por objetivo aplicar o PIR (Planejamento Integrado de Recursos) no
Médio Paranapanema já que o planejamento da oferta é necessário e com isto poderemos
nos atentar a outros fatores como o desenvolvimento sustentável da população local. Fatores estes geralmente ignorados em formas tradicionais de planejamento como os adotados
pela política de expansão do nosso parque gerador nas ultimas décadas [14] e também nos
planos do governo para os próximos anos como o Plano 2015 [6].
Cabe destacar que este trabalho introduz apenas de foram qualitativa os recursos do
lado da demanda (GLD), por restrições quanto a qualidade de dados com relação a esses
recursos. Porém, a filosofia do PIR é preservada, posto que o PIR visa garantir que o
planejamento energético atenda os interesses da sociedade como um todo. Enquanto o
planejamento tradicional para o setor energético se concentra principalmente na oferta e
nos interesses financeiros, o PIR enfoca a disponibilidade da energia a partir da integração
de recursos e com mínimo custo completo (econômico, ambiental, social e político). No
PIR, formalmente são avaliados todos os recursos energéticos, do lado da oferta –GLO e
do lado da demanda -GLD. Participam todos os interessados e envolvidos com o processo e, são feitas análises sistemáticas de todas as possíveis estratégias, visando atender às
necessidades de fornecimento energético e considerando as perspectivas futuras. Por tanto
o PIR vai além da abordagem tradicional de planejamento, na medida em que: avalia todas
as opções tanto da oferta quanto da demanda de forma justa e consistente; minimiza os
custos para todos os agentes e cria um plano flexível que considera as incertezas e permite
ajustes que respondam a modificações de circunstâncias.
Uma das formas de suprir racionalmente a demanda, levando em conta a sustentabilidade,
é aproveitando o potencial existente devido, principalmente, a desperdícios e perdas. Esta
energia poderia ser aproveitada criando-se melhorias em equipamentos, programas de
conservação e regras de tarifação, por exemplo. Infelizmente, a indefinição do novo modelo energético torna os estudos nesta área incertos e serão consideradas apenas como
fatores qualitativos e não quantitativos neste trabalho.
A ferramenta que auxiliará no cálculo das necessidades de energia da região bem como
das possibilidades de oferta será o LEAP (Long-range Energy Alternatives Planning System).
Esta ferramenta foi desenvolvida pela Stockholm Enviroment Institute [20] nos Estados
Unidos e é utilizado em todo o mundo por vários especialistas da área energética.
1315
2. O Médio Paranapanema
A região do Médio Paranapanema está localizada na parte oeste do Estado de São
Paulo que apesar de ser o mais desenvolvido do Brasil, possui o mesmo problema de má
distribuição de renda e desenvolvimento apresentado pelo Brasil. Esta região é a terceira
menos desenvolvida do Estado ficando a frente apenas da região do Vale do Ribeira e do
Pontal do Paranapanema.
Um dos limitantes da região para seu desenvolvimento é a falta de energia elétrica. As
características rurais da região (consumo baixo e pulverizado) impõem às concessionárias
altos custos operacionais e desestimulam novos investimentos para expansão do sistema de
distribuição elétrica na região.
De acordo com dados do SEADE [19], a região do Médio Paranapanema contava
com 255.401 habitantes (89,5% urbano e 10,5% rural) em 2000. Sua economia é basicamente agrícola e tem significativa importância para o Estado de São Paulo principalmente
devido a cultura de cana-de-açúcar.
Na Tabela 1 podemos ver o consumo de energia elétrica da região comparada ao do
Estado de São Paulo.
Tabela 1: Consumo no MPP Vs. Estado de São Paulo - SEADE (1997)
'(6&5,d­2
033
6mR3DXOR
03363
Número de Estabelecimentos Consumidores
73.660
10.684.996
0,689
Número de Habitantes
246.404
35.010.280
0,704
Consumo (GWh)
287,9
81.329,6
0,354
kWh/Hab
1.127
2.323
48,53
Área - Km2
7.020
248.600
2,82
A região do Médio Paranapanema com extensão de 6.237 km2 e localizada entre as
bacias dos rios Paranapanema e do Peixe, é formada pela região de Governo de Assis
mais alguns municípios associados ao CIVAP (Consórcio Intermunicipal do Vale do
Paranapanema) [17]. Uma visão geográfica da Região pode ser vista na Figura 1.
1316
Figura 1: Localização da Região do MPP - CIVAP (2001)
Temos assim 18 municípios ao todo: Assis, Campos Novos Paulista, Cândido Mota,
Cruzália, Echaporã, Florínia, Ibirarema, Iepê, Lutécia, Macaraí, Nantes, Oscar Bressane,
Palmital, Paraguaçu Paulista, Pedrinhas Paulista, Platina, Quatá e Tarumã.
2.1 Potenciais Energéticos da Região
Por se tratar de uma região predominantemente agrícola, recursos naturais como luz
solar e vento se encontram em abundância na região e podem ser utilizados de acordo com
as necessidades caso haja investimento. No Brasil ambas as técnicas são pouco utilizadas
devido seu alto custo, mas, especificamente para a geração eólica, os custos vem caindo a
níveis factíveis e com isto podem se tornar uma alternativa energética para a região nos
próximos anos. Além disto, a região conta com rede elétrica de transmissão de energia, o
que torna a integração da região com o sistema uma alternativa.
Os rios Paranapanema, do Peixe e outros menores são as fontes de energia hidrelétrica
mais importante da região. Na Tabela 2 podemos ver as suas vazões médias.
Tabela 2: Principais rios da Região do MPP
1RPHGR5LR
9D]mR0pGLDPV
Paranapanema
Novo
Capivara
Peixe
Pari
1.109,45
5,64
18,58
5,69
12,75
Fonte: Relatórios Internos do PEA
1317
Vale lembrar que a região é uma das maiores produtoras de cana-de-açúcar do Estado
e possui usinas de álcool. O bagaço resultante do processo pode ser usado como material
combustível para a geração de energia elétrica por usinas térmicas se for dado o devido
incentivo. Fato que não acontece hoje uma vez que o valor pago pela energia elétrica não
viabiliza investimentos neste sentido.
Na Tabela 3 podemos ver os potenciais da região e o custo da energia, bem como sua
condição ambiental, social e política de cada fonte de energia.
Tabela 3: Carteira de Recursos
5HFXUVR
3RWHQFLDO &XVWRPpGLR &RQGLomR &RQGLomR &RQGLomR
*:KDQR 860:K $PELHQWDO 6RFLDO
3ROtWLFD
Hidroelétrica (PCH) [2]
30
50
Boa
Boa
Estatal
Biomassa [11] [15]
500
50
Boa
MB
Misto
Gás Natural (CC) [5]
ND
68
Boa
Boa
Privado
Solar [16]
52
250
MB
Médio
Livre
Células Combustíveis
(GN) [12]
ND
100
MB
Boa
Privado
Resíduos [3]
17
40
MB
MB
Misto
15
60
MB
MB
Livre
Eólica [10]
Fonte: Relatórios Internos do PEA
Além dos potenciais descritos acima que são os potenciais do lado da oferta, existem os
potenciais do lado da demanda. No Brasil há um grande potencial neste sentido que pode
ser explorado, uma vez que os nossos equipamentos elétricos de maneira geral são de baixo
rendimento e, conseqüentemente, desperdiçam energia elétrica [9]. Além disso, a mudança
da curva de consumo poderia diminuir as perdas no sistema de transmissão, fato que pode
ser controlado com políticas de tarifas [1]. Entretanto, estas fontes de energia foram consideradas apenas qualitativamente neste estudo devido às incertezas do novo modelo energético
que irá afetar principalmente as áreas de tarifação e regulação, além é claro das políticas de
incentivo no setor elétrico.
Estudos preliminares desta natureza já vêm sendo realizados pelo próprio PEA [18] e
poderão servir de referência em projeções mais detalhadas no futuro. Neste trabalho,
porém, consideraremos do lado da demanda apenas as vantagens de realocação de recursos como a utilização do gás natural e energia solar para aquecimento evitando assim
o consumo de energia elétrica para estes fins e que a inserção de equipamentos de melhor
eficiência irão fazer com que o consumo cresça de maneira linear e não exponencial
como seria de se esperar se levado em conta o crescimento populacional médio nos
últimos dez anos de 1,3% ao ano [19].
1318
3. Utilização do LEAP
O LEAP é uma ferramenta de modelagem energética baseada em cenários. Os cenários
levam em conta como a energia é utilizada, convertida e produzida dentro de uma região
ou economia podendo ter enfoque nas alternativas da população, desenvolvimento econômico, preços, etc. Com esta flexibilidade de dados, pode ser feita uma analise rica em
detalhes técnicos e dos usos finais de acordo com a necessidade do estudo [13].
Basicamente o LEAP tem quatro módulos: variáveis condicionantes, demanda, transformação e recursos. As variáveis englobam a população e aspectos como renda para que
ser possa calcular uma taxa ou uma parcela como, por exemplo, o consumo por habitante.
A demanda contém todos os setores da região que utilizam qualquer forma de energia
como uso final isto é, depois de usada ela não pode mais ser aproveitada para outro
processo. Na transformação é possível calcular além da geração de energia elétrica as transformações nas áreas de refino de petróleo e outras formas de energia. Finalmente nos
recursos se encontram as reservas de energia da região que serão utilizadas, porém se em
algum momento a reserva acabar, o programa busca automaticamente a importação do
combustível para suprir a demanda.
4. Metodologia
Para a aplicação do Planejamento Integrado de Recursos é necessário que haja uma
região de estudo com um cenário traçado, isto é, um local com características demográficas
e evolução da demanda e, por outro lado, as fontes que irão suprir as necessidades desta
região. Além disto, o fator que irá determinar a composição dos recursos são os parâmetros
de desenvolvimento como fatores sociais, ambientais e econômicos [14].
Com base nos estudos realizados pelo PEA nos últimos anos, será traçada a evolução da
região até 2030, períodos maiores não apresentariam dados confiáveis devido a natureza
incerta da economia e política do país.
Para suprir a demanda da região iremos adotar duas possibilidades: um parque gerador
buscando sempre o melhor custo e outro buscando melhores condições ambientais e sociais.
Como temos por objetivo o desenvolvimento da região, utilizaremos os recursos desta
preferencialmente assim que haja possibilidade. Deste modo serão obtidos os ganhos indiretos como a geração de empregos e a retenção de capital na região.
Com os dados à mão será utilizado o LEAP para a simulação e análise do comportamento da demanda e da oferta da região nos cenários propostos além de verificar a quantidade de poluentes resultantes do processo.
5. Panorama da Região
Para a elaboração dos cenários serão adotadas as seguintes suposições:
5.1 Continuidade da Evolução da Curva de Carga
O consumo de energia elétrica na região na ultima década tem a característica de crescimento aproximadamente linear, entretanto o número de consumidores cresceu de forma
exponencial a taxa média de 1,3%, de acordo com dados do SEADE. Para o período em
estudo será suposto a continuidade do crescimento linear da curva de consumo, tendo em
1319
vista que melhorias das tecnologias dos equipamentos que irão entrar em cena e os programas de incentivo a economia de energia irão assegurar uma diminuição do consumo per
capta de energia elétrica (Figura 2).
5.2 Característica da Origem da Energia Elétrica Consumida
Hoje a energia elétrica consumida na região é praticamente toda importa de outras regiões
pela rede de transmissão, sendo assim o capital pago pela energia elétrica passa da concessionária
local, a Empresa de Eletricidade Vale Paranapanema, para algum fornecedor de outra região.
Conseqüentemente o capital gasto não traz grandes vantagens à região, pois gera poucos
empregos não estimulando a economia regional. Portanto, a geração local será considerada
como preferencial, pois poderá mudar este quadro gerando empregos uma vez que a
população está se tornando mais urbana (Figura 3) e com isto o desemprego de modo
geral tende a aumentar com o passar dos anos.
Figura 2: Consumo no MPP e Crescimento do Consumo - SEADE (2001)
&RQVXPRSRU6HWRU
400
K
:
*
(
(H
GR 200
P
XV
QR
&100
300
0
1987
Residencial
Rural
Industrial
Serviços
Linear (Residencial)
Linear (Industrial)
Linear (Serviços)
Linear (Rural)
1992
1997
2002
2007
2012
2017
2022
2027
$QR
Figura 3: Percentual da População (Urbana x Rural) - SEADE (2001)
&RPSRVLomRGD3RSXODomRGR033
100
80
60
População Urbana
População Rural
40
20
0
1979
1982
1985
1988
1991
$QR
1320
1994
1997
2000
5.3 Possibilidade de Uso do Gás Natural na Região
Dependendo do plano de ação adotado, poderá surgir um mercado para o gás natural
no local possibilitando que este venha a substituir o uso de eletricidade em algumas aplicações como o aquecimento de água. Sabemos que em uma residência, o uso do chuveiro
representa aproximadamente 30% do consumo de energia elétrica, e como o consumo
residencial no Médio Paranapanema é de aproximadamente 50% (Figura 4), a parcela economizada com esta substituição não é desprezível.
Figura 4: Percentual do Consumo por Setor - SEADE (2001)
&RQVXPRGH((QR033SRU6HWRU
60
50
Residencial
40
Rural
Industrial
30
Serviços
20
10
0
1979
1982
1985
1988
1991
1994
1997
2000
$QR
Entretanto, para que haja um mercado local, seria necessário a implantação de uma usina
termoelétrica a gás na região para justificar a construção de um gasoduto até o MPP, o que
torna a possibilidade desta substituição a curto prazo improvável. Porém, dependendo do
modelo do parque gerador a ser implantado poderá existir este mercado a médio prazo e
será levado em consideração em um dos cenários tratados neste trabalho.
6. Os Cenários
6.1 Energia Limpa
Para que tenhamos energia limpa temos que dar enfoque nas fontes de energia renováveis
da região como energia solar, eólica e hidrelétrica. Além destas fontes temos o uso de
resíduos que tem o retorno ambiental por diminuir a poluição urbana e a biomassa que
pode ser usada uma vez que a região é produtora de cana-de-açúcar e álcool e com isto há
o bagaço que pode ser utilizado.
Neste cenário serão adotados os seguintes parâmetros:
l
Inclusão de geração por célula fotovoltaica na região em 2007 atingindo o valor máximo de aproveitamento em 2030 (aproximação linear)
l
Inclusão de energia eólica em 2010 atingindo o potencial máximo em 2012 (inclusão
de cinco GWh/ano a cada ano)
1321
l
Inclusão de PCHs em 2010 atingindo o valor máximo do potencial em 2018 (inclusão
de 10 GWh/ano a cada quatro anos)
l
Inclusão da utilização dos resíduos a partir de 2010 (inclusão de 1/3 do potencial a
cada dois anos)
l
Utilização do potencial da biomassa a partir de 2010 (2 módulos de 50MW, um em
2010 e outro em 1013)
Neste cenário foi desconsiderado o uso do gás em todas as aplicações, inclusive na
geração por célula combustível, pois a geração termelétrica é necessária para tornar viáveis
os investimentos na construção de infra-estrutura para o gás encanado. E como a demanda
na região pode ser suprida com os recursos naturais da região ela não seria implantada até
o ano estudado.
6.2 Baixo Custo da Energia Elétrica
Para baixo custo temos a possibilidade do gás natural, da eólica, das PCHs, dos resíduos
e da biomassa. O uso do gás além de possibilitar a geração de eletricidade possibilitará que
outros setores como o industrial e o residencial a substituir o uso de eletricidade pelo gás,
melhorando o ganho de energia global uma vez que ele será utilizado no consumidor final.
Assim temos:
l
Inclusão de energia eólica em 2010 atingindo o potencial máximo em 2012 (inclusão
de cinco GWh/ano a cada ano)
l
Inclusão de PCHs em 2010 atingindo o valor máximo do potencial em 2018 (inclusão
de 10 GWh/ano a cada quatro anos)
l
Inclusão da utilização dos resíduos a partir de 2010 (inclusão de 1/3 do potencial a
cada dois anos)
l
Utilização do potencial da biomassa a partir de 2010 (um módulo de 50MW)
l
Utilização de gás natural em uma térmica de 100MW a ser instalada em 2015
7. Análise dos Resultados
7.1 Cenário Energia Limpa
Veremos que apesar de direcionar o uso para fontes energéticas renováveis, há o
surgimento de emissões de poluentes a partir do momento em que começa a queima de
algum tipo de combustível. O poluente principal é o CO2 devido a implantação de usinas
para a queima de resíduos e do bagaço da cana. Este poluente não é grave se considerarmos que a cana-de-açúcar é um recurso renovável e o carbono resultante da queima poderá retorna à cana em alguns anos.
Outro fato é que com a geração pelo bagaço temos o retorno social na forma de geração
de empregos na área rural e talvez até na urbana devido a coleta e tratamento do bagaço.
Como consideramos que a geração local somente iria entrar em operação em
2007, até este ano todo o consumo de energia provem da rede elétrica, o que não é
grave uma vez que a região consome pouco frente ao Estado de São Paulo e existe
interligação com o sistema.
1322
De 2013 à 2024 há um período onde não há importação de energia para o Médio
Paranapanema. Porém a partir de 2025 começa a haver nova importação de energia indicando a necessidade de novas usinas geradoras. Como os recursos naturais estão no seu
limite e não há a possibilidade de maior exploração, resta então a opção do gás natural que
poderá surgir como uma alternativa até para as células combustíveis que poderão ter o
preço mais competitivo neste momento.
7.2 Cenário Baixo Custo da Energia Elétrica
Se verificarmos os preços por MWh na tabela da carteira de recursos, veremos
que a opção de energia solar pode ser facilmente descartada. Mesmo durante o
período em estudo a possibilidade de redução de preço de painéis fotovoltaicos é
muito baixa.
Restam então as alternativas tradicionais de geração como PCHs e termoelétricas a gás.
Com a chagada do gás na região, estimando que ele possa ser fornecido em 2015, abremse outras opções também para o consumo residencial e industrial. Sabe-se que o gasto com
aquecimento a base de gás é mais barato que com eletricidade e por isto se estimou a
inserção de seu consumo no setor residencial. Na indústria o gás também pode ser consumido em processos de aquecimento.
Com a possibilidade de exploração do gás a potência instalada na região também pode
ser maior uma vez que há combustível disponível. Veremos também que neste cenário
temos uma reserva energética bem mais confortável.
A desvantagem é o gasto com combustível que está sujeito a variações do dólar devido
a sua cotação com base no mercado internacional e a emissão de CO2 que, diferente da
geração com biomassa como combustível, não é recapturada.
8. Conclusões
Se compararmos os dois cenários, veremos que ambos apresentam vantagens e desvantagens, porém o cenário de energia limpa pode muito bem suprir as necessidades da região
pelos próximos vinte anos colaborando principalmente no controle de emissão de poluentes.
As incertezas em períodos maiores tornam as previsões pouco confiáveis, pois tanto do
lado da demanda como da oferta podem haver alterações que invalidariam o estudo. A
situação ideal é que haja um acompanhamento do comportamento do setor de modo a
fazer projeções mais curtas, de dez anos, por exemplo, para poder fazer os ajustes necessários no parque gerador e nas políticas de consumo.
Previsões mais longas servem sim para mostrar o limite do sistema e da reserva de
modo a prever situações de emergência como as ocorridas no ano passado com escassez
de água e conseqüente racionamento de energia.
Para tanto o LEAP se comportou de maneira muito satisfatória apresentando
dados concisos para a análise tanto da oferta como da demanda. Vale lembrar que
o LEAP também possibilita o cálculo da demanda de outros combustíveis já que
ele é uma ferramenta para planejamento energético não ficando limitado apenas à
energia elétrica.
1323
4. BIBLIOGRAFIA
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energético para as regiões com características similares ao Médio Paranapanema”, Projeto de formatura, EPUSP.
[2] BOARATI, Julio Henrique; SHAYANI, Rafael Amaral, 1998, “Hidrelétricas e Termelétricas a Gás Natural Estudo
Comparativo Utilizando Custos Completos”, Projeto de formatura, EPUSP.
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Médio Paranapanema”, Projeto de formatura, EPUSP
[4] CHIAN, Charles Cheng Tsu; CARVALHO, Cláudio Elias, 1997, “Avaliação dos Custos Completos dos Recursos
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[5] COSTA, Fabiano Fragoso; LIMA, Marcelo Tadeu, 1997, “Avaliação do Potencial de Uso do Gás Natural Na Região
do Médio Paranapanema”, Projeto de formatura, EPUSP.
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[11] KINTO, Oscar Tadashi, 2001, “Produção Local de Energia através da Gaseificação da Biomassa para Geração de
EE no MPP”, Projeto de formatura, EPUSP
[12] LACERDA, Arnaldo Gomes de A.; MARUYAMA, Flavio Minoru, 2000, “Geração de Energia Elétrica a partir das
Células de Combustível no Contexto da Região do Médio Paranapanema”, Projeto de formatura, EPUSP
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[17] CIVAP - Consórcio Intermunicipal do Vale do Paranapanema - www.civap.com.br
[18] GEPEA – Grupo de Estudos do PEA - www.pea.usp.br/gepea. Página do PIR no PEA - www.pea.usp.br/gepea/pir
[19] SEADE - Fundação Sistema Estadual de Análise de Dados - www.seade.gov.br
[20] SEI - Stockholm Environment Institute – LEAP - www.seib.org/leap/
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