2024年科技应用十大趋势（终）

未来连接

1月3日，美国太空探索技术公司使用猎鹰9号火箭，成功发射21颗“星链”卫星，其中6颗卫星具备“直连手机”功能。卫星上新增一个面积为 25m²的中频 PCS 频谱天线，补充卫星 Ku 和 Ka 频段天线，同时 配备先进的 eNodeB 调制解调器，提供天基手机漫游接入服务，由于具有星间激光链路功能，Starlink 具备提供全球任何地区任何时段普通手机接入的能力。1月11日，荣耀Magic6 系列旗舰新品，号称实现了体积最小、信号最稳、且最省电的手机卫星通信体验。开年发生的星侧和端侧两个标志性事件，标志着2024年也许成为星地直连泛在网络全面普及的元年。

信息通信技术作为第三次科技革命的核心力量，自诞生起就以“Anytime，Anywhere，Anyone，Anything”为终极目标。如今的地球上，地面蜂窝网络已经覆盖了70%的人口，但覆盖的地表面积实际只有20%。当发生摧毁通信设施的自然灾害或身处无网络地区的人为事故时，“失联”的悲剧仍然难以避免，这也为攻克“紧急状态通信”这一难关提出了迫切需求。星地直连通信技术就是在这样的背景下发展而来，迄今已取得很大进步。2022年底，苹果公司、华为公司相继发布了支持短报文（类似手机短信功能）应急通信服务的新款手机。2023年，华为又推出了Mate 60Pro手机，依托天通卫星实现了星地直连语音通信。这一系列技术突破和产品创新，预示着星地直连通信已步入实用化的快车道。据美国市场分析公司ABI Research预测，随着NTN（非地面网络）技术不断发展，预计到2030年，全球将有1.7亿台NTN移动终端设备，产生的收入将达163亿美元，从2022年至2030年的复合年均增长率将达76%（过去10年为22%），基于手机直连卫星的泛在网络覆盖的时代即将到来。

星地直连通信的突破主要得益于两个因素。一方面，卫星和火箭技术加速创新。可回收火箭技术日臻成熟，卫星发射成本显著降低。美国SpaceX公司的Starlink（星链系统）正在以每年上千颗的速度积极部署近地轨道。目前，Starlink 2.0 Mini卫星已经发射，相较于1.0版本，其体积扩大了4倍，重量增加了3倍，通信能力提高了4倍。未来，完整的Starlink 2.0卫星将重达1.5吨。同时，美国卫星通信公司AST Mobile已开始部署基于低轨道的64平米超大阵列天线。卫星重量的增加、天线面积的扩大、部署密度的增长，都降低了对地面设备天线大小和功率强度的需求。尽管Starlink目前仍然需要较大的地面设备，但正在向手机直接与卫星进行宽带通信的目标挺近。卫星与火箭技术突破，促使天地网络的体验越来越接近，并可实现二者之间顺滑切换，这成为普及卫星通信技术的核心动力。

另一方面，民用手机逐步实现星地网络兼容。近年来，华为公司与北斗系统开展的合作、苹果公司与美国卫星通信系统“全球星”开展的合作，都是通过在手机中集成专用卫星通信芯片，以实现宽窄带结合的直连卫星功能。眼下，星地通信仍会以窄带为主，主要通过短信和语音通信，这种方式在应急、野外、高空、远洋等场景，有着广泛应用前景。同时，我国芯片厂商已推出星地一体化通信模组。未来随着设备加速普及，该模组的价格会快速下降，趋向与传统手机通信模组持平，这将为星地网络兼容的民用手机的大规模普及，打下坚实基础。

历次通信技术变革都会带来信息通信与互联网领域的产业新机遇。星地直连、6G网络的时代，将是一个低成本泛在（含地面、海洋、空中、太空等）接入的时代，必然催生大量的软硬件需求。其中一个重点趋势是对于宽窄带结合的即时通信和应急通信产品的新需求，由此带来对语音和视频压缩技术的新需求。这些技术在即时通讯工具、在线会议等互联网产品的普及中，曾发挥了决定性作用，在卫星通信时代也会成为爆款应用的关键。另外一个重点趋势是泛在物联网的爆发。在各种野外生态或工程监测领域，如抗击自然灾害、动植物保护、工程建设等，窄带卫星通信与边缘计算、可再生能源等相结合，将带来应用场景上的全新可能性。比如，我国的国家电网公司已经在野外电力设备监测场景下使用窄带卫星通信技术。

必须看到，商业航天、卫星制造、通信设备等领域，均处于大国竞争前沿。比如，太空轨道、通信频谱都是有限资源，全球遵循“先到先得、先占永得”原则。这方面，尽管我国星网集团已公布上万颗卫星的发射计划，但仍然远低于Starlink等美国同行的进度。可见，发挥国家统筹力量、依托巨大市场容量、系统化扶持龙头企业、建立产业生态和技术壁垒等，都是一个国家能否在新的通信革命中取得领先的要素。

随着城市化进程加速，交通拥堵和环境污染问题日益突出，人类社会对绿色高效的交通方式的需求日益迫切。因此，开发低空空域、实现低空出行、发展低空经济已成为解决这些问题的重要选择之一。由电动垂直起降飞行器（electric vertical take-off and landing，eVTOL）驱动的空中交通被视为推动低空经济发展的核心引擎。eVTOL采用以新能源电池作为动力的分布式电推进系统，能有效降低飞行噪音和提升操作系统的安全性，同时实现垂直起降、无需跑道，是一种理想的绿色智能交通工具。

从未来产业发展来看，eVTOL应用场景广阔。现阶段最主要的是替代直升机，在测绘、消防救援、电力巡线、警用巡查、医疗救护、搜救、海上石油钻井、农业植保、农业飞防等领域广泛应用。而行业内普遍期望，eVTOL能广泛应用于以城市和区域出行为主的空中载人客运。在不同应用场景中，载人客运是必然的核心发展方向，因为人的时间价值远远高于货物。预计eVTOL率先在载货物流、城市服务、消防救灾等场景开始商业化运营，随着技术发展和市场成熟，载客eVTOL将迈入大规模商业化时代。电池续航里程提升，使得eVTOL主机厂在机型研发方面更倾向于城际和区域出行类型的机型，主要是由以下因素驱动：城际和区域出行的单位经济效益高、为客户节省的时间多、所需的飞行频率和机队密度较低和公众接受度高。当前载人客运的展示和试点推广日趋火热，2024年奥运会和2025年世博会的试运营计划或开启“eVTOL元年”。未来十年，在政府、产业巨头和民间资本的助推下的eVTOL低空交通领域，产业发展与投资局面很可能发生剧变。

面对多元化应用场景需求，eVTOL在关键核心技术，特别是飞行器构型设计方面，仍处于验证比较、市场选择到大规模应用的“前夜”，但数字技术加速和赋能已成共识，并在实践中落地。综合国内外情况来看，eVTOL在科技创新方面呈现“电动化、长续航、智能化”三大技术趋势：

第一，纯电推进的eVTOL成为主流，细分技术路线的优势需在场景中体现。

eVTOL普遍采用电推进系统作为动力装置，是一种航空领域的颠覆性技术。电推进系统利用电力驱动多个推进器作为动力装置，能有效提升飞行器气动效率、载运能力、环保性和鲁棒性等。传统直升机使用内燃机或涡轮发动机作为动力装置，噪音大、污染严重、能效低。

eVTOL在商业化的过程中形成了不同构型或技术路线，其中多旋翼构型实现技术路线简单，但有效载荷和航程相对有限；矢量推进构型（倾转旋翼、涵道）和复合翼构型eVTOL在航程、巡航速度和载重比方面优势明显，具有较好的有效载荷、最大起飞重量和运营经济性，更适合在城际运输等空中交通商业场景中应用推广。随着电池技术发展，复合翼及矢量推进构型相对于多旋翼的优势会越来越明显。全球900多个eVTOL设计研发项目的统计数据显示，约320个项目选择矢量推进构型，约260个选择多旋翼构型，约150个选择复合翼构型，其他项目选择悬停自行车和个人飞行器、电动旋翼机设计。

第二，高能量密度锂电池的技术突破，进一步提升eVTOL续航里程。

电池技术突破助力eVTOL实现中长距离城际飞行。锂电池因其高能量密度和安全性成为大多数eVTOL主机厂的首选动力来源，尤其在目标航程约200-300公里的范围内，其能源效率和成本优势明显。头部企业认为电池能量密度在300Wh/kg以上，eVTOL性能已经展现出比较好的商业化能力。目前，业界最领先的航空级别电池的能量密度有望达到500Wh/kg，将会极大提升eVTOL续航里程，有潜力支持现有厂商的机型飞行400-500公里。总体而言，eVTOL电池的下一步研发目标是在保证航空安全的前提下，提高电池能量密度并以业界可接受的成本实现量产。

氢能应用潜力大但受限于总成本高和技术成熟度低，导致氢能源飞机的商业化进程缓慢。长期来看，氢燃料电池的能量密度最高可达锂电池的数百倍，具有广阔的应用前景。短期内，由于成本、重量、储运和潜在安全风险等因素的限制，氢能电池的应用空间仍然有限。德国创业公司H2FLY近年推出了一款液态氢飞机HY4，该飞机为双体式、四座位、单发设计，主要用于技术验证和演示；空中客车等公司则计划在2035年前推出氢能飞机。

第三，“软件定义飞行器”和空中交通管理智能化共同加速无人驾驶愿景。

得益于智能驾驶技术发展与政策支持等有利因素，eVTOL飞行器正逐步从传统的有人驾驶模式过渡到更高效的无人驾驶模式，呈现出“软件定义飞行器”的趋势。未来eVTOL在空中交通竞争中的关键既包括飞行器设计和性能，也包括以AI为核心的软件技术，同时还需要配备高效的数字化空中交通管理系统来支持大量无人驾驶eVTOL运行。

在早期推广阶段，为了使eVTOL符合适航安全要求以及更容易被乘客接受，主机厂可能会为早期机型配备飞行员或安全员、延后无人驾驶eVTOL研发计划，或同时研发无人驾驶和有人驾驶eVTOL。然而，从长远来看，实现自主飞行、取消飞行员是降低运营成本、提高经济效益的必然选择。亿航、峰飞和波音公司旗下的Wisk专注研发无人驾驶飞行器，亿航已获得我国颁发的适航证，峰飞计划在配备安全员的前提下进行商业试运营，而Wisk计划在2028年洛杉矶奥运会期间才会开始试运行无飞行员、全自主飞行的飞行器。

此外，低空基础设施建设将助力高效安全空中交通管理，加速低空空域开放和利用进程。eVTOL在低空运行、服务公众，流量大于现有通航直升机。尽管eVTOL航空器数量远低于城市内网约车，但其运行环境为三维，受天气等因素影响，复杂性和不确定性较高。数字技术可通过以下途径助力空中交通管理智能化：（1）低成本、高精度、高可靠性的通信、导航、监视系统，实时获取航空器信息，降低航空器间隔，提高空域流量和安全性；（2）基于传统气象雷达以及激光雷达等新一代传感器收集的气象数据，结合AI大模型等技术，为低空飞行带来更精准、网格化的气象服务；（3）基于云计算、边缘计算、深度学习和人工智能的管控和调度系统，为eVTOL飞行提供决策支持，如实时航路规划、起降场选择；（4）集成多种技术的空域数字化平台为空域管理部门进行空域设计、航道规划、模拟测试提供数字化工具。

展望未来，我们期待在eVTOL技术、新能源技术和数字技术的发展和共同引领下，以eVTOL为代表的空中出行方式能够加快实现，改变以地面交通为主导的出行模式，推动全球加速奔赴空中出行新时代。

随着新能源技术和信息技术的不断发展与成熟，在双碳目标背景下，虚拟电厂逐渐显现出其在能源结构转型中的关键作用，成为实现能源优化配置的重要解决策略。在未来电网的构成中，源端、负荷端和储能端三个关键部分正在经历显著变革。具体而言，源端将见证波动性清洁能源以大规模、高比例的方式接入电网；在负荷端，越来越多的用户正逐渐转变为发电、储能及电网响应的参与者；而在储能端，电化学储能技术的发展及氢储能技术的研究，正大幅降低能量存储与运输的成本。

过去，虚拟电厂的应用范围相对有限，但现在我们需要扩展其应用至城市乃至城市间的更广阔层面。城市运行中的三大核心调节性负荷—工业、算力和交通—随着工业创新、大规模模型算力以及新能源汽车等领域的发展，其电力需求持续增长。这既是挑战，也是机遇。数字化集成的虚拟电厂能够通过承担多网耦合和协同工作，将上述几类主要用电部门转变为可调节资源。这一转变将有效应对能源结构转型带来的电网压力，确保在新能源背景下，新型电力系统的平稳转型。

可再生能源消纳以及电力电子化是实现碳中和的关键，稳定电力供应是实打实的刚性需求。随着近年来新能源行业发展，电力电子资源的不断增加，国家需要有更高效的数字化控制手段。近期在新能源及电力电子化领域发生的几项重要事件：

1、蔚来参与全国规模最大的V2G需求响应项目：2023年8月23日，车网互动验证中心（e-Park）的V2G充放电系统需求响应试验在无锡正式启动。这个系统是目前国内规模最大的V2G充放电系统，为新型电力系统建设提供了坚实的支撑。

2、山东电力交易出现“负电价”现象：“五一”期间，山东电力现货市场的实时交易电价经历剧烈波动，区间从1047.51元/兆瓦时降至-80元/兆瓦时（约1.05元/度至-0.085元/度），期间多次出现负电价，这一现象在电力市场中尤为罕见。

3、中广核新能源深圳虚拟电厂的重大成就：到2023年中，中广核新能源深圳虚拟电厂成为首批满足并网接入要求的标准化虚拟电厂，并成功参与首轮精准响应。在虚拟电厂运营商中，其响应容量和响应精度均位居前列。

这些事件不仅标志着行业的重大进步，也展示了数字化控制在能源变革中的重要作用。工业、算力、交通等将是近几年的重点应用趋势：

一、规模巨大、可调性强的工业可调节负荷可提供规模灵活性：

腾讯以钢铁工艺流程中可调节负荷为初步虚拟电厂试点，并逐步囊括多种可调节资源；初步盘查，可通过调整电炉的生产节奏和功率以获得负荷灵活性；可根据不同优化目标对当日生产计划进行调整：

1、容量调节：典型的短流程电炉炼钢生产线能够提供5-20MW的灵活性。这涉及到在保证生产不受影响的情况下对设备产出的调节，同时也需要平衡设备运行和人力资源的排产。在电网交互控制方面，电网需按不同时间尺度向负荷方发出通知并进行控制。

2、方法优化：为了获得负荷灵活性，可以调整电炉的生产节奏和功率。这可能包括在响应时段降低电炉功率，延长电炉运行时间，或实行设备错峰使用。这样做的目标是在不损失总产量的前提下降低整体用电费用，并通过降低负荷获得补助。

3、策略制定：可以根据不同的优化目标对当日的生产计划进行调整。这包括设定不同的生产目标，例如最快生产时间、最快生产时间加上模铸、最低电价、最大化峰谷错开、以及在最低电价下的需求侧响应等。这些目标策略将指导未来的响应方式。

二、数字基础设施的能耗优化，数据中心任务移动可改变负荷：

根据与其他数据中心是否互联，数据中心有两类：独立的数据中心（如传统的机房）；互联网数据中心（IDC）：多个IDCs通过光纤可以进行数据负荷传输，并与其之间传输数据的光纤网共同构成算力网络。

1、负荷转移：在云计算场景下，尤其是在AI海量计算的时代，IDC负荷通过算力网络转移数据负荷，从而实现电力的转移。考虑到东西电力资源的巨大差异，这种负荷转移在电力管理中尤为重要。

2、策略实施：数据中心腾讯自身做了应用场景需求响应特性测试。这包括在不影响任务性能的情况下，调节服务器功率，并关注响应速度、响应深度、响应时长和响应精度。

3、时效性考虑：探索数据中心服务器的负荷灵活性策略，并进行灵活调节。这涉及到对实时性不敏感的计算任务进行扩缩容和“断点续算”，以快速改变负荷分布。这类任务包括科学计算、视频渲染以及其他独立或耦合并行任务。

三、与C端互动平移伸缩电动车充电状态，聚合为“大电池”：

电动汽车（EV）将电力网络与交通网络这两个复杂的人造系统紧密耦合；EV的充放电与出行由驾乘用户决定， 形成以EV为核心的信息-物理-社群系统（Cyber-Physical-Social System），带来新的问题与调控潜力

1、时空协同：在电力-交通网络耦合的定义中，通过交通网络转移充电负荷，从而改变电网的潮流分布，这在新能源车时代尤其关键。

2、实施方案：通过电力控制中心，结合交通拥堵信息发布以及各充电站的可用容量，制定即时策略，引导电动汽车到达对交通系统和电力系统都最佳的位置进行充电，以实现EV充电服务的效益最大化。

3、试点实验：基于价格调控的电动营运车辆调度是接下来的一个重要尝试方向。这包括利用出行价格调控车流密度和供需关系，以及利用充电价格调控充电需求的时空分布。目标是解决出行需求与充电负荷的供需不平衡，通过各类价格对营运车辆进行适当引导。