2020年、2025年、2030年我國鎳資源供需量熵值組合預測

蘆琳娜，胡平櫻，雷涯鄰

(1.中國國土資源經濟研究院，北京 101149；2.國土資源部資源環境承載力評價重點實驗室，北京100083；3.中國地質大學(北京)人文經管學院，北京 100083；4.中國石油大學(北京)地球科學學院，北京 102249)

經濟研究

2020年、2025年、2030年我國鎳資源供需量熵值組合預測

蘆琳娜1，2，3，胡平櫻4，雷涯鄰2，3

(1.中國國土資源經濟研究院，北京 101149；2.國土資源部資源環境承載力評價重點實驗室，北京100083；3.中國地質大學(北京)人文經管學院，北京 100083；4.中國石油大學(北京)地球科學學院，北京 102249)

摘要：鎳資源是我國經濟發展的重要資源保障和基礎支撐要素，近年來，中國鎳消費量逐年上升。本文通過分析國內鎳資源的供應、需求，引入經濟增長、不銹鋼產量等相關因素，運用邏輯斯蒂模型、人工神經網絡等多種方法對2020年、2025年、2030年我國鎳資源供需量進行熵值組合預測可知，鎳資源在2020年、2025年處于供需基本平衡狀態，在2030年則出現短缺，即在國內資源有限、需求較旺的前提條件下，供應呈現出趨減狀態，保障能力有限，影響未來國家鎳資源安全。在此基礎上，提出鎳資源產業適度發展的地勘投入、產業杠桿、金融貿易等建議。

關鍵詞：鎳礦供需；熵值組合預測；市場分析

鎳是一種銀白色金屬，由于其較好的物理、化學特征，已成為發展現代航空工業、國防工業和提升人類物質文化生活水平的戰略性資源，其重要性逐漸受到重視。鎳資源是我國經濟發展的重要資源保障和基礎支撐要素，近年來，中國鎳消費量逐年上升，近20年平均增速為21.8%[1]。2015年1～10月，我國鎳消費量約占全球鎳消費量的51.6%[2]。2000年以來，我國不銹鋼行業快速發展帶動鎳行業高速發展，全球鎳精礦產量平均增長率為4.8%，而我國鎳精礦產量平均增長率為23.9%[1]。2006年以后我國鎳產量整體攀升，2010年后增速較快。我國鎳礦資源儲量僅為世界總儲量的4.1%[3]，2014年由于印尼限礦政策，中國鎳鐵和亞洲其他地區鎳冶煉產能受到一定削弱，為應對電解鎳和鎳鐵的需求增加，中國增加了菲律賓及其他國家鎳礦砂進口量，有效保證了國內鎳產能的實現。當前我國經濟形勢較平穩，經濟可能將在較長時期內經歷一個降杠桿和去產能的過程。盡管鎳資源短期供給有保障，但從長期看，隨著未來全球經濟的復蘇和周期性變化，鎳供需格局依然不確定。鑒于此，本文在總結國內外鎳資源供需研究的基礎上，通過分析國內鎳資源的供應、需求，引入經濟增長、不銹鋼產量等相關因素，進一步拓展了國內鎳資源供需的研究內容體系，為今后研究提供一定啟示。

1文獻綜述

國內外學界對鎳資源供需分析的文獻主要集中在鎳資源需求預測、供給預測、供需平衡與保障分析三方面，其中鎳資源需求預測和供需平衡與保障分析的文獻較多。

鎳資源需求預測方面，Malenbaum、Wilfred(1978)[4]研究分析了未來含鎳在內的12種礦物和金屬在1985年和2000年的世界各地需求。Antrim，Lance等(1979)[5]討論了鎳的未來供應和需求及對深海海底采礦的啟示。Qu，Jian.(1999)[6]對2010年鎳金屬資源進行需求預測，認為國際海床資源可以作為土地礦產資源的一種新的資源替代和發展基礎。Gaines，Linda和Paul Nelson.(2010)[7]運用市場情景分析方法討論了美國鋰離子電池生產中的材料需求(含鎳)。在王安建、王高尚、陳其慎、于汶加(2010)[8]建立的能源與礦產資源需求綜合預測模型基礎上，那丹妮和王高尚(2010)[9]在三個經濟增長場景下預測未來中國鎳需求趨勢，并提出未來鎳資源供應保障計劃。

鎳資源供給預測的文獻不多見，較早的文獻有 Govett，M.H.和 G.J.S.Govett.(1978)[10]認為世界礦產在任何特定時間的實際供給是由經濟因素控制，礦物生產(含鎳)是勘查投資、開采、加工的函數?？追鄙?1984)[11]介紹了特征分析法在鎳資源總量預測中的應用。李家厚等(1985)[12]運用礦床模型法對吉林省鎳資源進行了總量預測。董明和張珂(2008)[13]建立了全球鎳產品供給的GM(1，1)灰色預測模型。

對礦產資源可供性即供需平衡與保障分析的研究，美國開始較早，國內文獻近年來逐漸豐富。美國地質調查局(USGS)于70～80年代建設了市場經濟國家的礦產可供性系統。United States.Bureau of Mines，and Gary A.Kingston.(1970)[14]論證了美國初級鎳資源的可供性。我國學者從2000年后引入了美國的礦產資源可供性系統的概念，并討論了我國開展礦產資源可供性的概念框架，特別是2005年后對可供性的研究成果較多且較為細致。1987～1990年、1992～1996年、2000～2003年、2014年以后，原地礦部及后來的國土資源部開展了多輪礦產資源保障程度論證，主要使用按勘查程度分級的儲量進行可供性研究。國內學界也對部分礦種的供需保障程度做過學術探討。雷涯鄰，徐向陽，潘錫輝(2004)[15]從我國稀缺礦產資源(含鎳)的供求分析出發，指出對外直接投資已成為我國資源戰略的重要措施。梁凱(2005)[16]通過對礦產資源可供性論證理論和方法的深入分析，構建了資源可供性技術經濟評價系統等。董明和張珂(2008)[13]通過增長率與需求增長率，預測了全球鎳市場的供求狀態。而其它礦種保障程度的國內文獻也有一定的借鑒意義，如謝承祥、李厚民、王瑞江、肖克炎(2009)[17]等。

通過歷史文獻的分析，現有研究主要存在以下問題。第一，研究對象代表性不足。對鎳資源供需分析的國內外文獻主要側重鎳資源需求預測與供需平衡保障分析，但將鎳資源供需預測和供需平衡保障分析結合起來討論的文獻不多見。第二，定量分析方法單一。鎳資源供需分析的國內外文獻多使用數學模型法(趨勢外推法、回歸分析法、灰色預測法、馬爾可夫鏈模型法等)、層次分析法、類比法、投入產出法、物質流分析法、情景分析法等一種單一的方法，擬合精度、預測能力有限，而將幾種方法相結合進行的鎳資源供需研究文獻不多見，為進一步研究留下一定空間。組合預測方法最初由J.M.Bates，C.W.J.Granger(1969)[18]提出，是將兩個或兩個以上的單一預測模型組合起來以提高預測精度和穩健性的一種預測方法。多年的實踐證明，組合預測由于比單一預測更有效、更能提高模型的擬合精度和預測能力。本文擬運用組合預測模型進行鎳資源供需分析，以拓展鎳資源供需預測的新思路。

2模型設計與數據說明

本文擬運用多種預測方法，進行鎳資源供需的組合預測。組合預測的核心問題是權重的確定，確定權重系數的算法多樣，有方差倒數法、熵值法、最優加權算法、線性規劃方法以及粗糙集理論等。本文采用基于熵值法(陳華友，2008[19])的組合權重方法，對各單項預測方法的權重進行確定，充分依賴數據本身所提供的信息，排除主觀因素的影響，是一種基于數據驅動的客觀賦權方法。具體步驟如下所述。

1)計算各類方法在t時刻的相對誤差pit，見式(1)。

(1)

式中：eit為預測誤差，t為各年份時刻，pit為各年份的相對誤差。

2)計算第i種預測方法相對誤差的熵值hi，見式(2)。

(2)

式中：t為各年份時刻，N為預測的最大年份，pit為相對誤差，hi為相對誤差的熵值。

3)計算第i種預測方法的變異系數di，見式(3)。

(3)

式中：i為第1至m種預測方法的編號，hi為相對誤差的熵值，di為各預測方法的變異系數。

4)計算各類預測方法的權重ωi，見式(4)。

(4)

式中：i為第1至m種預測方法的編號，di為各預測方法的變異系數，ωi為第i種預測方法在組合預測值中所占的權重。

(5)

運用熵值法進行賦權，有利于更準確的開展鎳資源供需組合預測，提高預測精度。

針對各種具體的預測方法，本文擬運用各種線性及非線性方法。人工神經網絡法(ArtificialNeuralNetworks，ANN)是近年來在人工智能領域興起，運用模擬仿真原理的一種算法，具有很好的非線性映射能力[20]。同時，也須選擇常用的計量模型方法，如直線模型、二次多項式法、邏輯斯蒂模型、指數函數法等方法。邏輯斯蒂模型是由比利時數學家Verhulst[21]提出，是一條連續的、單調遞增、單參數為上漸近線的S形曲線，可反映事物的發生、發展和成熟的一般規律，能較好的解釋自然界動植物的增長、在經濟界生產總值的增長等現象，尤其能表現環境容量的有限性以及資源的稀缺性，因此該方法適用于研究礦產資源供應問題，該模型有多個推廣模型，可根據具體情況選擇適用模型。二次多項式法、指數函數法在自然科學與社會科學各領域預測中也運用較普遍(王之軍，劉建平，袁加貝，2006[22])。隨著全球經濟的好轉，基礎設施建設及高鐵大發展等都將推進巨大建筑鋼材、運輸工具、機械設備的投資需求，從而進一步推動全球的不銹鋼需求，2014年鎳消費量一半以上由中國的不銹鋼產量拉升，因此鎳資源需求與不銹鋼產量高度相關，進而對國民經濟建設產生相當貢獻?？紤]不銹鋼產量與GDP兩變量同時置入模型中可能存在的共線性，因此分別建立鎳需求與GDP、鎳需求與不銹鋼產量的模型更為合理。鎳需求預測模型構建須考慮將相關產業、因素納入變量，與其它經濟模型相類似，比如討論石油消費與經濟增長的協整關系(蘆琳娜，雷涯鄰，車綱，2012[23])。

各種預測方法使用的鎳資源供需數據為1995～2013年度數據，其中，鎳產量、消費量、不銹鋼產量數據來自世界金屬統計，GDP數據來自國家統計局網站。

32020年、2025年、2030年我國鎳資源供需預測實證分析

根據上節提到的各種模型對2020、2025、2030年我國鎳資源需求量與供應量進行預測，進行熵值法計算后，得出鎳資源供需量組合預測值。

3.12020年、2025年、2030年我國鎳礦需求量預測

本文擬采用人工神經網絡法、二次多項式法、直線模型三種方法對我國鎳資源需求進行預測。

人工神經網絡設計采用單隱層的BP網絡進行預測。鎳精礦消費量主要由不銹鋼產量拉動，受精礦產量約束，所以輸入樣本為2維的輸入向量，同時采用16個神經元的一層隱含層，神經元轉換函數采用S型正切函數tansig，輸出層神經元的轉換函數為函數purelin，訓練函數選取trainlm的BP網絡，最大訓練步數為1000。運用訓練好的神經網絡對數據進行預測，擬合曲線見圖1。

二次多項式法、直線模型估計結果分別見式(6)、式(7)。

CRC=-33.62722+1.05×10-5GDP

+1.22×10-13GDP2+ε

(0.0844)(0.0003) (0.0065)

(6)

DW=2.4727，RMSE=32.2

CRC=28.8148+0.0468CSLP+ε

(0.0329)(0.0000)

(7)

DW=2.5740，RMSE=37.8

式中，CRC為鎳精礦消費量，GDP為國內生產總值，CSLP為不銹鋼產量。三種方法的R2、RMSE均達到要求，各解釋變量的系數在5%的顯著性水平下均顯著，擬合效果較好，見圖1～3。

圖1　ANN法擬合

圖2　二次多項式法擬合

圖3　直線模型擬合

根據上述三種方法，我國2020年、2025年、2030年鎳資源需求量各方法預測值如表1所示。

預測參數取值中，我國1995～2015年GDP取實際值，2016年以后參照全球增速作修正。不銹鋼消費增長速度一般是經濟增長率的1.5～2倍左右，以1.5倍計算約為14.5%，考慮到過剩產能釋放和前些年增長過快、行業飽和等要素，2014年定為13%，2015年之后為8%。

由熵值法確定三種預測方法的熵值，變異系數，權重，根據三種方法的權重值計算最終的鎳資源需求量值，見表2。

表1　我國2020年、2025年、2030年鎳

表2　我國鎳資源需求量組合預測值

3.22020年、2025年、2030年我國鎳礦供應量預測

本文擬采用二次多項式法、邏輯斯蒂模型、指數函數法三種方法對我國鎳資源供應進行預測。三種方法均為非線性計量模型方法，在實踐中運用較普遍。

二次多項式法模型、邏輯斯蒂模型、指數函數法三種方法估計結果分別見式(8)～(10)。

CRP=132.5238-41.8877T+3.6260T2+ε

(0.0006)(0.0000)(0.0000)

(8)

DW=0.7038，RMSE=39.8

(9)

DW=1.0967，RMSE=23.5

(10)

DW=0.4695，RMSE=39.7

式中，CRP為鎳精礦產量，T為年份。三種方法的R2、RMSE均達到要求，各解釋變量的系數在5%的顯著性水平下均顯著，擬合效果較好，見圖4～6。

我國2020年、2025年、2030年鎳資源供應量各方法預測值見表3。

由熵值法確定三種預測方法的熵值，變異系數，權重，根據三種方法的權重值計算最終的鎳資源供應量預測值，見表4。

圖4　二次多項式擬合

圖5　邏輯斯蒂模型擬合

圖6　指數函數模型擬合

表3　我國2020年、2025年、2030年鎳資源供應量各方法預測值

表4　我國鎳資源供應量組合預測值

4結論與啟示

4.1結論

為提升需求與供給預測的有效性，本文采用計量模型、人工神經網絡等多種方法進行熵值組合預測，依據設計的研究模型與方案，分析各主要因素對我國鎳資源供給及需求的影響，預測出鎳資源在未來時點2020年、2025年、2030年的需求量分別為155.9萬t、229.2萬t、323.8萬t，在2020年、2025年、2030年的供應量分別為166.6萬t、237.3萬t、300.1萬t。由以上預測結果可見，鎳資源在2020年、2025年處于供需基本平衡狀態，供需缺口逐步收窄，在2030年則出現短缺，保障能力有限。

4.2啟示

中國作為新興經濟體，近年來經濟發展速度較快，在工業化、城鎮化的進程中，中國鎳消費量逐年上升。通過預測我國鎳資源短期和長期供給和需求，分析我國鎳資源供應和需求規律，即在國內資源有限、需求較旺的前提條件下，供應呈現出趨減態勢，影響未來國家鎳資源安全。如何更好的實現鎳資源供需保障，需要建立產業規制、地勘投入、 貿易、金融工具等多管齊下的政策模型，實現鎳產業鏈的全過程管理。第一，通過關聯產業的需求調節鎳資源的需求，實現增產或減產。第二，從源頭上從加大或減少鎳資源的地勘投入調節礦山鎳原材料供應。第三，通過貿易、金融工具調節鎳價格，用市場手段調節鎳資源供應。因此在供需狀態的供需平衡、供過于求、供不應求三種情形下，運用需求、供應、價格干預提出鎳資源產業適度發展的政策建議。未來鎳資源保障機制創新主要有三個方向。

1)從資源供給安全角度開展鎳資源勘查投資與進口。通過我國鎳資源短期和長期需求與供給預測，從宏觀角度把握我國鎳資源供需趨勢，從而為今后鎳資源勘查投資與進口政策提供決策依據，通過國內外鎳資源勘查開發、進出口調節國內外鎳資源利用，保障鎳礦生產原材料供應。

2)從資源供給杠桿調節角度進行鎳資源產業發展安排。觀測不銹鋼產業發展對鎳資源供需的影響，討論該產業對鎳資源供需的杠桿調節作用，探索優化鎳資源產業結構的方法，有助于科學合理確定鎳資源產業產能，實現優化供應，找到資源供給角度調節產業發展的路徑。

3)從鎳資源的金融屬性角度優化鎳資源貿易。把握我國鎳資源的短期和長期供需趨勢，有助于更科學地發揮鎳作為國際大宗礦產品的金融屬性，通過合理安排與布局鎳資源現貨與期貨貿易，從國家角度進行鎳礦的儲備與釋放，為推高或平抑國內外鎳價，為保證鎳資源產業良性循環提供有效工具。

參考文獻

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Entropy combination forecast of China’s nickel supply and demand in year 2020，2025，2030

LU Lin-na1，2，3，HU Ping-ying4,LEI Ya-lin2，3

(1.Chinese Academy of Land and Resource Economics，Beijing 101149,China；2.Key Laboratory of Carrying Capacity Assessment for Resource and Environment，Ministry of Land and Resources，Beijing 100083，China；3.School of Humanities and Economic Management，China University of Geosciences(Beijing)，Beijing 100083，China；4.College of Geosciences，China University of Petroleum(Beijing)，Beijing 102249，China)

Abstract:Nickel resources are important resources and fundamental element of China’s economic development.Discussion on the supply and demand of nickel resources is particularly essential for its availability and security.As an emerging economy，China has achieved rapid economic development growth and China’s nickel consumption has increased dramatically during industrialization and urbanization in recent years.This paper forecasts China’s nickel supply and demand in year 2020，2025 and 2030 by analyzing the domestic supply and demand of nickel resources，applying entropy combination methods of artificial neural networks，logistic model，etc.and adopting the relevant factors such as economic growth and stainless steel production.The prediction reveals that nickel resources will reach the state of supply and demand balance in year 2020 and 2025 while experiencing the shortfall in year 2030.Under the premise of scarce domestic resources and booming demand，the supply will show reducing trend and weak availability，which will threaten national security of nickel resources.On this basis，policy recommendations on geological exploration investment，industry leverage as well as financial and trade tools are proposed for moderate development of nickel resource industry.

Key words：nickel ore supply and demand；entropy combination forecast；market analysis

收稿日期：2015-09 -17

基金項目：國土資源部資源環境承載力評價重點實驗室開放課題資助(編號：CCA2013.15)

作者簡介：蘆琳娜(1978-)，女，博士，副教授，主要從事資源環境承載力研究。E-mail：lulinna0602@gmail.com。

中圖分類號：F405

文獻標識碼：A

文章編號：1004-4051(2016)06-0038-06