现代发电方式.docx
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现代发电方式
第一章前言
1.1我国电力发展状况……………………………………………1
1.2现在发电方式的分类……………………………………………2
第二章火力发电
2.1火力发电………………………………………………4
2.2火电厂的分类………………………………………………4
2.3火电厂电能的生产过程………………………………………………5
2.4火电厂的特点………………………………………………7
2.5火电应用前景………………………………………………7
第三章水力发电
3.1水力发电………………………………………………9
3.2水力发电厂的分类………………………………………………9
3.3水电厂的特点………………………………………………10
3.4抽水蓄能电厂………………………………………………10
3.5水力发电前景………………………………………………12
第四章核能发电
4.1核能发电………………………………………………13
4.2核电厂的基本原理………………………………………………13
4.3核电厂的分类………………………………………………14
4.4核电的发展前景………………………………………………15
第五章新能源发电
5.1新能源发电概述………………………………………………16
5.2太阳能发电………………………………………………18
5.3风力发电………………………………………………19
5.4潮汐发电………………………………………………20
5.5地热发电………………………………………………21
5.6燃料电池发电………………………………………………24
5.7生物质能秸秆发电………………………………………………26
第六章总结
6.1我国电力未来10年规划………………………………………………29
6.2我国电力可持续发展………………………………………………30
6.3我国电力未来10年展望………………………………………………31
参考文献………………………………………………32
第一章前言
1.1我国电力发展状况
到2010年底,全国发电设备容量9.66亿千瓦,比上年增长10.56%;全国220千伏及以上输电线路回路长度44.56万千米,220千伏及以上变电设备容量19.90亿千伏安,分别比上年增长10.87%和16.37%。
我国电网规模居世界第一位,发电装机规模连续15年居世界第二位。
火电建设继续向着大容量、高参数、环保型方向发展,全年新增百万千瓦超超临界机组11台,全国在运百万千瓦超超临界机组达到31台。
全球首台百万千瓦级超超临界空冷机组──华电宁夏灵武发电有限公司二期工程3号机组正式投产。
清洁能源发电建设成绩突出。
水电仍处于阶段性投产高峰。
2010年,全国水电装机突破2亿千瓦。
核电发展继续加快。
2010年,全国在运核电装机容量突破1000万千瓦,达到1082万千瓦;核电在建施工规模扩大到3395万千瓦,居全球首位。
风力发电继续较大规模增长,全年基建新增风电并网容量1457万千瓦,全国并网风电总容量达到2958万千瓦。
大容量光伏发电进入并网投产阶段,基建新增并网光伏发电容量19.49万千瓦。
2010年底,水电、核电、风电设备容量占全国发电设备容量的比重达到26.54%,比上年提高1.03个百分点。
火电设备容量占全国发电设备容量的比重73.43%,比上年降低了1.06个百分点;火电机组中天然气、煤矸石、生物质、垃圾、余热余压等发电装机得到较快发展。
大容量火电机组比重进一步提高,火电30万千瓦及以上机组占全国火电机组总容量的72.68%,比上年提高3.2个百分点;火电平均单机容量为10.88万千瓦,比上年提高0.57万千瓦。
电力生产和供应能力进一步增强。
2010年,全国基建新增发电设备容量9124万千瓦;新增220千伏及以上线路回路长度44725千米,变电设备容量25813万千伏安;全国全口径发电量42278亿千瓦时,比上年增长14.85%;全口径供电量40320亿千瓦时,比上年增长15.27%。
全年全社会用电量达41999亿千瓦时,比上年增长14.76%。
节能减排迈出新的步伐。
2010年全国共关停小火电机组1690万千瓦,超过关停目标690万千瓦。
2010年,全国6000千瓦及以上火电机组供电标准煤耗333克/千瓦时,比上年降低7克/千瓦时;全国线损率为6.53%,比上年下降0.19个百分点;全国发电厂用电率5.43%,比上年下降0.33个百分点。
2010年,全国电力二氧化硫排放926万吨,比上年下降2.3%。
截至2010年底,全国已投运烟气脱硫机组超过5.6亿千瓦,约占全国煤电机组容量的86%;已投运烟气脱硝机组容量约9000万千瓦,约占煤电机组容量的14%;在建、规划(含规划电厂项目)的脱硝工程容量超过1亿千瓦。
据美国能源信息管理局2月18日发布的2010年12月份净发电量的快报数显示,2010年12月份,美国净发电量快报数为3612.10亿千瓦时,同比增长3.1%,全年为41199.94亿千瓦时,同比增长4.3%。
美国发电厂用电率一般在4.8%左右,以此测算,2010年美国总发电量约为43277.25亿千瓦时。
2010年,美国电力零售量为37500亿千瓦时,同比增长4.3%;中国售电量为35289亿千瓦时,同比增长12.1%。
中国售电量相当于美国的94.1%。
回顾2010,我国电力行业所取得的成绩、所作出的贡献感到骄傲。
同时,我们也需要清醒地看到前进道路上所存在的问题和困难,看到电力行业在建设有中国特色社会主义伟大事业中所承担的责任。
当前,中国电力行业标准不够统一,电价机制尚还没有形成。
截至2010年末,我国电力装机总容量已经完全接近美国,并且全年总发电量已经超过美国,跃居全球第一。
但是,我们必须看到,我国电力结构不够合理,火电比重很大,而绿色能源比重仍然很小。
而国内火力发电煤耗量仍然较高,相比于美国的282克/千瓦时仍有很大的差距。
特别突出的是,近年来由于煤炭价格持续上涨,导致发电企业效益大幅度下滑。
由于企业盈利能力弱,电力行业可持续发展能力不足,不少电厂资产负债累累,经营风险持续加大,将影响电力有效供应,电力供需平衡将面临严峻考验。
展望未来,电力工业发展任务艰巨,节能减排任重道远,应对气候变化面临新的挑战。
1.2现在发电方式的分类
目前电力系统中的发电厂主要有火力发电、水利发电、核能发电和新能源发电4类。
(l)火力发电
火力发电是利用煤、石油和天然气等自然界蕴藏量丰富的化石燃料,将其燃烧,以用其所得到的热能来发电的一种能量转换形式。
按发电方式,可分为汽轮机发电、燃气轮机发电、内燃机发电和燃气-蒸汽联合循环发电,以及火电机组既供电又供热的“热电联产”发电。
汽轮机发电按蒸汽参数的高低,可分为低温低压电厂、中温中压电厂、高温高压电厂、亚临界压力电厂、超临界压力电厂,一般蒸汽温度越高,压力越大,发电效率就越高;按是否向用户供热,又可分为凝汽式电厂和热电厂,热电厂向用户供电又向用户供热,热电机组效率高于普通机组。
(2)水利发电
水利发电就是利用天然水流的水能通过导流引到下游形成落差推动水轮机旋转来带动发电机生产电能,其发电功率主要取决于河流的落差及流量,出力调整范围较宽,负荷增长速度很快,机组启停迅速方便,调整出力和启停都无需额外耗费能量。
水利发电按水库调节性能可分为径流式水电厂、日调节式水电厂、季调节式水电厂、年调节式水电厂、多年调节式水电厂。
特殊的有抽水蓄能发电。
(3)核能发电
核能发电又称原子能发电,是利用原子反应堆中核燃料(如铀)产生的原子核裂变能量,将水加热成蒸汽,用蒸汽冲动汽轮机,带动发电机发电。
根据核反应堆的类型分为压水堆式、沸水堆式、气冷堆式、重水堆式、快中子增殖堆式等。
(4)其他能源发电
其他能源发电有:
l)在我国新疆、内蒙古等地将空气流动的动能转变为电能的风力发电,它是利用风力吹动建造在塔顶上的大型螺旋桨叶带动发电机旋转发电;2)在西藏和滇西一带利用地球内部释放到地表的地热能量发电,如西藏羊八井电站;3)以浙江省江厦潮汐电站为代表的利用海流动能、海洋温差热能、波
浪和潮汐等海洋能发电的海洋能发电;4)以宇宙空间太阳能电站为代表的利用太阳能热和太阳能光发电的太阳能发电;5)以德国老煤炭基地鲁尔区的利用矿井瓦斯为能源的瓦斯发电,是一种减少环境污染、保护矿工安全的发电技术。
第二章火力发电
2.1火力发电
电力是国民经济发展的重要能源,火力发电是我国和世界上许多国家生产电能的主要方法。
火力发电一般是指利用石油、煤炭和天然气等燃料燃烧时产生的热能来加热水,使水变成高温、高压水蒸气,然后再由水蒸气推动发电机来发电的方式的总称。
以煤、石油或天然气作为燃料的发电厂统称为火电厂。
火力发电站的主要设备系统包括:
燃料供给系统、给水系统、蒸汽系统、冷却系统、电气系统及其他一些辅助处理设备。
火力发电系统主要由燃烧系统(以锅炉为核心)、汽水系统(主要由各类泵、给水加热器、凝汽器、管道、水冷壁等组成)、电气系统(以汽轮发电机、主变压器等为主)、控制系统等组成。
前二者产生高温高压蒸汽;电气系统实现由热能、机械能到电能的转变;控制系统保证各系统安全、合理、经济运行。
2.2火电厂的分类
1、按燃料分类
(1)燃煤发电厂:
以煤为燃料的发电厂;
(2)燃油发电厂:
以石油(实际是提取汽油、煤油、柴油后的油渣)为燃料的发电厂;(3)燃气发电厂:
以天然气、煤气等可燃气体为燃料的发电厂;(4)余热发电厂:
用工业企业的各种余热进行发电的发电厂;此外,还有利用垃圾及工业废料作为燃料的发电厂。
2、按原动机分类
(1)凝汽式气轮机发电厂
(2)燃汽轮机发电厂(3)内燃机发电厂(4)蒸汽——燃汽轮机发电厂
3、按供出能源分类
(1)凝汽式发电厂:
只向外供应电能的电厂;
(2)热电厂:
同时向外供应电能和热能的电厂
4、按发电装机容量的多少分类
(1)小容量发电厂:
装机总容量在100MW以下的发电厂;
(2)中容量发电厂:
装机总容量在100—250MW范围内的发电厂;
(3)大中容量发电厂:
装机总容量在250—600MW范围内的发电厂;
(4)大容量发电厂:
装机总容量在600—1000MW范围内的发电厂;
(5)特大容量发电厂:
装机总容量在1000MW以上的发电厂。
5、按蒸汽压力和温度分类
(1)中低压发电厂
(2)高压发电厂(3)超高压发电厂(4)亚临界压力发电厂(5)超临界压力发电厂
6、按供电范围分类
(1)区域性发电厂:
在电网内运行,承担一定区域性供电的大中型发电厂;
(2)孤立发电厂:
不并入电网内,单独运行的发电厂;
(3)自备发电厂:
由大型企业自己建造,主要供本单位用电的发电厂。
2.3火电厂电能的生产过程
火力发电厂的燃料主要有煤、石油(主要是重油、天然气)。
我国的火电厂以燃煤为主,过去曾建过一批燃油电厂,目前的政策是尽量压缩烧油电厂,新建电厂全部烧煤。
煤炭在锅炉内燃烧放出的热量,将水加热成具有一定压力和温度的蒸汽,然后蒸汽沿管道进入汽轮机膨胀做功,带动发电机一起高速旋转,从而发出电来。
火力发电厂的主要生产系统包括燃烧系统、汽水系统和电气系统,现分述如下:
(一)燃烧系统
燃烧系统是由输煤、磨煤、粗细分离、排粉、给粉、锅炉、除尘、脱流等组成。
是由皮带输送机从煤场,通过电磁铁、碎煤机然后送到煤仓间的煤斗内,再经过给煤机进入磨煤机进行磨粉,磨好的煤粉通过空气预热器来的热风,将煤粉打至粗细分离器,粗细分离器将合格的煤粉(不合格的煤粉送回磨煤机),经过排粉机送至粉仓,给粉机将煤粉打入喷燃器送到锅炉进行燃烧。
而烟气经过电除尘脱出粉尘再将烟气送至脱硫装置,通过石浆喷淋脱出流的气体经过吸风机送到烟筒排人天空。
燃烧系统如图2-1示,包括锅炉的燃烧部分和输煤、除灰和烟气排放系统等。
(二)汽水系统:
力发电厂的汽水系统是由锅炉、汽轮机、凝汽器、高低压加热器、凝结水泵和给水泵等组成,他包括汽水循环、化学水处理和冷却系统等。
汽水系统流程参
照图2-2。
水在锅炉中被加热成蒸汽,经过热器进一步加热后变成过热的蒸汽,再通过主蒸汽管道进入汽轮机。
由于蒸汽不断膨胀,高速流动的蒸汽推动汽轮机的叶片转动从而带动发电机。
为了进一步提高其热效率,一般都从汽轮机的某些中间级后抽出作过功的部分蒸汽,用以加热给水。
在现代大型汽轮机组中都采用这种给水回热循环。
此外,在超高压机组中还采用再热循环,既把作过一段功的蒸汽从汽轮机的高压缸的出口将作过功的蒸汽全部抽出,送到锅炉的再热汽中加热后再引入气轮机的中压缸继续膨胀作功,从中压缸送出的蒸汽,再送入低压缸继续作功。
在蒸汽不断作功的过程中,蒸汽压力和温度不断降低,最后排入凝汽器并被冷却水
冷却,凝结成水。
凝结水集中在凝汽器下部由凝结水泵打至低压加热再经过除氧
气除氧,给水泵将预加热除氧后的水送至高压加热器,经过加热后的热水打入锅炉,再过热器中把水已经加热到过热的蒸汽,送至汽轮机作功,这样周而复始不断的作功。
(三)电气系统
2.4火电厂的特点
与水电厂和其他类型电厂相比,火电厂有如下特点:
1、布局灵活,装机容量的大小可按需要决定。
2、建造工期短,一般为水电厂的一半甚至更短。
一次性建造投资少,仅为水电厂的一半左右。
3、煤耗量大,目前发电用煤约占全国煤炭总产量的25%左右,加上运煤费用和大量用水,其生产成本比水力发电要高出3—4倍。
4、动力设备繁多,发电机组控制操作复杂,厂用电量和运行人员都多于水电厂,运行费用高。
5、汽轮机开、停机过程时间长,耗资大,不宜作为调峰电源用。
6、对空气和环境的污染大。
2.5火电应用前景
中国发电以燃煤火电为主的局面在相当长的时间里仍难以改变。
2000年以后,先进的火电发电方式或技术将在中国具有很大的市场和减排潜力,但2010年前,先进的火电发电方式或技术在中国将处于示范项目建设阶段,还不能在减排方面发挥明显的作用。
2010年前,低碳化石燃料发电在整个火力发电中占有的比例不会有明显的提高,火电减排将主要靠提高常规火电的效率。
考虑到如能落实上述各种提高能源转换效率的措施,期望到2010年火电供电煤耗可降低到320g(标煤)/(kW·h),与1990年的供电煤耗水平相比,可减少发电用煤近1.5亿t,减少CO2排放约1亿t。
2000年、2010年火电减排量预测
方案
年份
实际
规划方案
强化减排方案
1990
2000
2010
2000
2010
火电装机容量/万kW
10184
22650
47340
22650
47340
火电发电量/亿kW·h
4949
10958
22480
10866
21300
火电发电煤耗/g(标煤)/(kW·h)
392
350
320
350
320
火电降煤耗节煤量/亿t(标煤)*
0
0.46
1.62
0.456
1.53
可减少CO2排放量/亿t(碳)*
0
0.33
1.17
0.33
1.11
第三章水力发电
3.1水力发电
水力发电是清洁能源,可再生、无污染、运行费用低,便于进行电力调峰,有利于提高资源利用率和经济社会的综合效益。
水力发电厂简称水电厂,又称水电站,是把水的位能和动能转换为电能的工厂。
水电厂的基本生产过程是:
从河流较高处或水库内引水,利用水的压力或流速冲动水轮机旋转,将水能转变成机
械能,然后由水轮机带动发电机旋转,将机械能转换成电能。
我国的水能资源丰富,理论蕴藏量6.76亿千瓦,技术可开发容量4.93亿千瓦,经济可开发容量3.78亿千瓦。
不论是水能资源蕴藏量,还是可能开发的水能资源,我国都居世界第一位。
但是,与发达国家相比,我国的水力资源开发利用程度并不高。
截至2004年9月,我国水电装机容量突破了1亿千瓦大关,但开发率仅24%左右,大大低于发达国家50-70%的开发利用水平。
因此,在一个相当长的时期内,我国水力资源开发潜力巨大。
3.2水力发电厂的分类
1.按集中落差的方式分类
(1)堤坝式水电厂在河流中落差较大的适宜地段拦河建坝,形成水库,将水积蓄起来抬高上游水位,形成发电水头,这种开发模式由于水电厂厂房在水利枢纽中的位置不同,又分为坝后式和河床式两种形式。
1)坝后式水电厂厂房建在坝的后面,厂房不承受上游水压,。
水库的水流经坝体内的压力水管引入厂房推动水轮发电机发电,这是我国最常见的水电厂形式。
2)河床式水电厂水电厂的厂房带替一部分坝体,厂房也起挡水作用,直接承受上游水的压力,因修建在河床中,故名为河床式。
水流由上游进入厂房,驱动水轮发电机后泻入下流。
这种电厂无库容,也不需要专门的引水通道,一般建于中、下游平原河段。
(2)引水式水电厂水电厂建筑在山区水流湍急的河道上,或河床坡度较陡的地方,由引水渠道造成水头,而且一般不需修坝或只修低堰,适用于水头很高的地方。
(3)混合式水电厂在适宜开发的河段拦河筑坝,坝上游河段的落差由坝集中,坝下游河段的落差由压力引水道集中,而水电厂的水头则由这两部分落差共同形成,这种集中落差的方式称为混合开发模式,有此而修建的水电厂称为混合式水电厂,它兼有堤坝式和引水式两种水电厂的特点。
3.3水电厂的特点
水电厂与其他类型的发电厂相比,具有以下特点:
(1)综合利用水能资源水电厂除发电以外,还有防洪、灌溉、航运、供水、养殖及旅游等多方面综合效益;并切可以因地制宜,将一条河流分成若干河段,分别修建水利枢纽,实行阶梯开发。
(2)发电成本低、效率高。
利用循环不断水能发电,节省大量燃料。
因不用燃料,省去了运输等多个环节,运行维护人员少,厂水电率低。
(3)水能可储蓄和调节。
电能的发、输、用是同时完成的,不能大量储存,而水能资源适合于承担系统的高峰、高频、和作为事故备用。
(4)水力发电不污染环境。
相反,大型水库可能调节空气的温度和湿度,改善自然生态。
(5)水电厂建设投资较大,工期较长。
(6)由于水库的兴建,淹没土地,移民搬迁,给农业生产带来一些不利,还可能在一定程度破坏自然界的生态平衡。
3.4抽水蓄能电厂
1、工作原理
抽水蓄能电厂是以一定水量作为能量载体,通过能量转换向电力系统提供电能。
为此,其上、下游均需有水库以容蓄能量转换所需要的水量。
在抽水蓄能电厂中,必须兼备抽水和发电两类设施。
在电力负荷低谷时(或丰水时期),利用电力系统提供的富裕电能,将下游水库中的水抽到上游水库,以势能形式储存起来;待到电力系统负荷高峰时,再将上游水库中的水放下,驱动水轮发电机组发电,送往电力系统。
2、抽水蓄能电厂在电力系统中的作用
(1)调峰电力系统负荷的上升与下降变动比较强烈,抽水蓄能机组响
应负荷的能力强,能够跟踪负荷的变化,在白天适合担任电力系统负荷中的尖峰部分。
例如,我国广东抽水蓄能电厂,装机容量为8*300MW,在电力系统调峰中发挥重要作用。
(2)填谷在夜间或周末,抽水蓄能电厂利用电力系统富余电能抽水,使发电机组不必降低出力或保持在热效率较高的区间运行,从而节省燃料,并提高电力系统运行的稳定性。
(3)备用抽水蓄能机组启动灵活、迅速,从停机状态启动至满负荷仅需1~2min,而抽水工况转到发电工况也只需3~4min,因此抽水蓄能电厂宜于作为电力系统事故备用。
(4)调频抽水蓄能机组调频能力强,承卸负荷灵活。
当电力系统频率偏离正常值时,它能立即调整出力,使频率维持在正常值范围内,而火力发电机组不能适应负荷陡降陡升。
(5)调相抽水蓄能电厂的同步发电机,在没有发电和抽水任务时,可用来调相。
由于抽水蓄能电厂距离负荷较近,控制操作方便,对改善系统电压质量十分有利。
3、抽水蓄能电厂的功能
(1)降低电力系统燃料消耗电力系统中的大型高温高压势力机组,包括燃煤机组和核电机组,不适于在低负荷上工作。
在强迫压低负荷下,燃料消耗,厂用电和机组磨损都将增加。
抽水蓄能机组与燃煤机组和核电机组联合运行后,可以保持这些热力机组在额定出力下稳定运行,从而提高运行效率和减少电力系统燃料消耗。
(2)提高火电设备利用率以抽水蓄能电厂替代电力的热力机组调峰,或者使大型热力机组不带负荷或少带负荷,均可减少热力机组频繁开、停机所导致的设备磨损,减少设备故障率。
从而提高热力机组的设备利用率和使用寿命。
(3)可作为发电成本的峰荷电源抽水蓄能电厂的抽水耗电量大于其发电量。
运行实际经验证明,抽水用4kWh换取颠峰电量3kWh是合算的。
(4)对环境没有污染且可以美化环境抽水蓄能电厂有上、下游水库。
纯抽水蓄能电厂的上游水库建在较高的山顶上,为美化环境增辉添色。
(5)抽水蓄能电厂可用于蓄能电能的发、输是同时完成的,不能大量储存,而水能可借助上游水库储蓄,应用抽水蓄能机组,将下游水库的水抽到上游水库,
以位能形式储存起来,便可实现较大规模的蓄能。
3.5水力发电前景
2003年世界水能大会估计,世界小水电可开发资源大致为1.2-1.44亿kW。
我国可开发小水电资源如以原统计数7000万kW计,占世界一半左右。
而且,
我国的小水电资源分布广泛,特别是广大农村地区和偏远山区,适合因地制宜开发利用,既可以发展地方经济解决当地人民用电困难的问题,又可以给投资人带来可观的效益回报,有很大的发展前景,它将成为我国21世纪前20年的发展热点。
国家鼓励合理开发和利用小水电资源的总方针是确定的,2003年开始,特大水电投资项目也开始向民资开放。
2006年,根据国务院和水利部的“十一五”计划和2015年发展规划,我国将对民资投资小水电以及小水电发展给予更多优惠政策。
我国正在成为一个令世界瞩目的能源消耗大国,而水电资源的丰富空间,使中国完全有能力也有必要让水电来缓解能源压力。
无论是水电行业还是水电设备生产企业在这种新的市场需求条件下,必将有一个新的增速高峰。
第四章核能发电
4.1核能发电
核能发电是利用核反应堆中核裂变所释放出的热能进行发电的方式。
它与火力发电极其相似。
只是以核反应堆及蒸汽发生器来代替火力发电的锅炉,以核裂变能代替矿物燃料的化学能。
除沸水堆外(见轻水堆),其他类型的动力堆都是一回路的冷却剂通过堆心加热,在蒸汽发生器中将热量传给二回路或三回路的水,然后形成蒸汽推动汽轮发电机。
沸水堆则是一回路的冷却剂通过堆心加热变成70个大气压左右的饱和蒸汽,经汽水分离并干燥后直接推动汽轮发电机。
核能发电的历史与动力堆的发展历史密切相关。
动力堆的发展最初是出于军事需要。
中国大陆的核电起步较晚,80年代才动工兴建核电站。
中国自行设计建造的1*300MW(电)秦山核电站在1991年底投入运行。
大亚湾核电站(2*900MW)于1994年建成投产,在安装调试和运行管理方面都达到了世界先进水平。
4.2核电厂的基本原理
核能发电的能量来自核反应堆中可裂变材料(核燃料)进行裂变反应所释放
的裂变能。
裂变反应指铀-235、钚-239、铀-233等重元素在中子作用下分裂为两个碎片,同时放出中子和大量能量的过程。
反应中,可裂变物的原子核吸收一个中子后发生裂变并放出两三个中子。
若这些中子除去消耗,至少有一个中子能引起另一个原子核裂变,使裂变自持地进行,则这种反应称为链式裂变反应。
实
现链式反应是核能发电的前提。
要用反应堆产生核能,需要解决以下4个问题:
1为核裂变链式反应提供必要的条件,使之得以进行。
2链式反应必须能由人通过一定装置进行控制。
失去控制的裂变能不仅不能用于发电,还会酿成灾害。
3裂变反应产生的能量要能从反应堆中安全取出。
④裂变反应中产生的中子和放射性物质对人体危害很大,必须设法避免它
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