2020年、2025年、2030年我国镍资源供需量熵值组合预测

芦琳娜，胡平樱，雷涯邻

(1.中国国土资源经济研究院，北京 101149；2.国土资源部资源环境承载力评价重点实验室，北京100083；3.中国地质大学(北京)人文经管学院，北京 100083；4.中国石油大学(北京)地球科学学院，北京 102249)

经济研究

2020年、2025年、2030年我国镍资源供需量熵值组合预测

芦琳娜1，2，3，胡平樱4，雷涯邻2，3

(1.中国国土资源经济研究院，北京 101149；2.国土资源部资源环境承载力评价重点实验室，北京100083；3.中国地质大学(北京)人文经管学院，北京 100083；4.中国石油大学(北京)地球科学学院，北京 102249)

摘要：镍资源是我国经济发展的重要资源保障和基础支撑要素，近年来，中国镍消费量逐年上升。本文通过分析国内镍资源的供应、需求，引入经济增长、不锈钢产量等相关因素，运用逻辑斯蒂模型、人工神经网络等多种方法对2020年、2025年、2030年我国镍资源供需量进行熵值组合预测可知，镍资源在2020年、2025年处于供需基本平衡状态，在2030年则出现短缺，即在国内资源有限、需求较旺的前提条件下，供应呈现出趋减状态，保障能力有限，影响未来国家镍资源安全。在此基础上，提出镍资源产业适度发展的地勘投入、产业杠杆、金融贸易等建议。

关键词：镍矿供需；熵值组合预测；市场分析

镍是一种银白色金属，由于其较好的物理、化学特征，已成为发展现代航空工业、国防工业和提升人类物质文化生活水平的战略性资源，其重要性逐渐受到重视。镍资源是我国经济发展的重要资源保障和基础支撑要素，近年来，中国镍消费量逐年上升，近20年平均增速为21.8%[1]。2015年1～10月，我国镍消费量约占全球镍消费量的51.6%[2]。2000年以来，我国不锈钢行业快速发展带动镍行业高速发展，全球镍精矿产量平均增长率为4.8%，而我国镍精矿产量平均增长率为23.9%[1]。2006年以后我国镍产量整体攀升，2010年后增速较快。我国镍矿资源储量仅为世界总储量的4.1%[3]，2014年由于印尼限矿政策，中国镍铁和亚洲其他地区镍冶炼产能受到一定削弱，为应对电解镍和镍铁的需求增加，中国增加了菲律宾及其他国家镍矿砂进口量，有效保证了国内镍产能的实现。当前我国经济形势较平稳，经济可能将在较长时期内经历一个降杠杆和去产能的过程。尽管镍资源短期供给有保障，但从长期看，随着未来全球经济的复苏和周期性变化，镍供需格局依然不确定。鉴于此，本文在总结国内外镍资源供需研究的基础上，通过分析国内镍资源的供应、需求，引入经济增长、不锈钢产量等相关因素，进一步拓展了国内镍资源供需的研究内容体系，为今后研究提供一定启示。

1文献综述

国内外学界对镍资源供需分析的文献主要集中在镍资源需求预测、供给预测、供需平衡与保障分析三方面，其中镍资源需求预测和供需平衡与保障分析的文献较多。

镍资源需求预测方面，Malenbaum、Wilfred(1978)[4]研究分析了未来含镍在内的12种矿物和金属在1985年和2000年的世界各地需求。Antrim，Lance等(1979)[5]讨论了镍的未来供应和需求及对深海海底采矿的启示。Qu，Jian.(1999)[6]对2010年镍金属资源进行需求预测，认为国际海床资源可以作为土地矿产资源的一种新的资源替代和发展基础。Gaines，Linda和Paul Nelson.(2010)[7]运用市场情景分析方法讨论了美国锂离子电池生产中的材料需求(含镍)。在王安建、王高尚、陈其慎、于汶加(2010)[8]建立的能源与矿产资源需求综合预测模型基础上，那丹妮和王高尚(2010)[9]在三个经济增长场景下预测未来中国镍需求趋势，并提出未来镍资源供应保障计划。

镍资源供给预测的文献不多见，较早的文献有 Govett，M.H.和 G.J.S.Govett.(1978)[10]认为世界矿产在任何特定时间的实际供给是由经济因素控制，矿物生产(含镍)是勘查投资、开采、加工的函数。孔繁生(1984)[11]介绍了特征分析法在镍资源总量预测中的应用。李家厚等(1985)[12]运用矿床模型法对吉林省镍资源进行了总量预测。董明和张珂(2008)[13]建立了全球镍产品供给的GM(1，1)灰色预测模型。

对矿产资源可供性即供需平衡与保障分析的研究，美国开始较早，国内文献近年来逐渐丰富。美国地质调查局(USGS)于70～80年代建设了市场经济国家的矿产可供性系统。United States.Bureau of Mines，and Gary A.Kingston.(1970)[14]论证了美国初级镍资源的可供性。我国学者从2000年后引入了美国的矿产资源可供性系统的概念，并讨论了我国开展矿产资源可供性的概念框架，特别是2005年后对可供性的研究成果较多且较为细致。1987～1990年、1992～1996年、2000～2003年、2014年以后，原地矿部及后来的国土资源部开展了多轮矿产资源保障程度论证，主要使用按勘查程度分级的储量进行可供性研究。国内学界也对部分矿种的供需保障程度做过学术探讨。雷涯邻，徐向阳，潘锡辉(2004)[15]从我国稀缺矿产资源(含镍)的供求分析出发，指出对外直接投资已成为我国资源战略的重要措施。梁凯(2005)[16]通过对矿产资源可供性论证理论和方法的深入分析，构建了资源可供性技术经济评价系统等。董明和张珂(2008)[13]通过增长率与需求增长率，预测了全球镍市场的供求状态。而其它矿种保障程度的国内文献也有一定的借鉴意义，如谢承祥、李厚民、王瑞江、肖克炎(2009)[17]等。

通过历史文献的分析，现有研究主要存在以下问题。第一，研究对象代表性不足。对镍资源供需分析的国内外文献主要侧重镍资源需求预测与供需平衡保障分析，但将镍资源供需预测和供需平衡保障分析结合起来讨论的文献不多见。第二，定量分析方法单一。镍资源供需分析的国内外文献多使用数学模型法(趋势外推法、回归分析法、灰色预测法、马尔可夫链模型法等)、层次分析法、类比法、投入产出法、物质流分析法、情景分析法等一种单一的方法，拟合精度、预测能力有限，而将几种方法相结合进行的镍资源供需研究文献不多见，为进一步研究留下一定空间。组合预测方法最初由J.M.Bates，C.W.J.Granger(1969)[18]提出，是将两个或两个以上的单一预测模型组合起来以提高预测精度和稳健性的一种预测方法。多年的实践证明，组合预测由于比单一预测更有效、更能提高模型的拟合精度和预测能力。本文拟运用组合预测模型进行镍资源供需分析，以拓展镍资源供需预测的新思路。

2模型设计与数据说明

本文拟运用多种预测方法，进行镍资源供需的组合预测。组合预测的核心问题是权重的确定，确定权重系数的算法多样，有方差倒数法、熵值法、最优加权算法、线性规划方法以及粗糙集理论等。本文采用基于熵值法(陈华友，2008[19])的组合权重方法，对各单项预测方法的权重进行确定，充分依赖数据本身所提供的信息，排除主观因素的影响，是一种基于数据驱动的客观赋权方法。具体步骤如下所述。

1)计算各类方法在t时刻的相对误差pit，见式(1)。

(1)

式中：eit为预测误差，t为各年份时刻，pit为各年份的相对误差。

2)计算第i种预测方法相对误差的熵值hi，见式(2)。

(2)

式中：t为各年份时刻，N为预测的最大年份，pit为相对误差，hi为相对误差的熵值。

3)计算第i种预测方法的变异系数di，见式(3)。

(3)

式中：i为第1至m种预测方法的编号，hi为相对误差的熵值，di为各预测方法的变异系数。

4)计算各类预测方法的权重ωi，见式(4)。

(4)

式中：i为第1至m种预测方法的编号，di为各预测方法的变异系数，ωi为第i种预测方法在组合预测值中所占的权重。

(5)

运用熵值法进行赋权，有利于更准确的开展镍资源供需组合预测，提高预测精度。

针对各种具体的预测方法，本文拟运用各种线性及非线性方法。人工神经网络法(ArtificialNeuralNetworks，ANN)是近年来在人工智能领域兴起，运用模拟仿真原理的一种算法，具有很好的非线性映射能力[20]。同时，也须选择常用的计量模型方法，如直线模型、二次多项式法、逻辑斯蒂模型、指数函数法等方法。逻辑斯蒂模型是由比利时数学家Verhulst[21]提出，是一条连续的、单调递增、单参数为上渐近线的S形曲线，可反映事物的发生、发展和成熟的一般规律，能较好的解释自然界动植物的增长、在经济界生产总值的增长等现象，尤其能表现环境容量的有限性以及资源的稀缺性，因此该方法适用于研究矿产资源供应问题，该模型有多个推广模型，可根据具体情况选择适用模型。二次多项式法、指数函数法在自然科学与社会科学各领域预测中也运用较普遍(王之军，刘建平，袁加贝，2006[22])。随着全球经济的好转，基础设施建设及高铁大发展等都将推进巨大建筑钢材、运输工具、机械设备的投资需求，从而进一步推动全球的不锈钢需求，2014年镍消费量一半以上由中国的不锈钢产量拉升，因此镍资源需求与不锈钢产量高度相关，进而对国民经济建设产生相当贡献。考虑不锈钢产量与GDP两变量同时置入模型中可能存在的共线性，因此分别建立镍需求与GDP、镍需求与不锈钢产量的模型更为合理。镍需求预测模型构建须考虑将相关产业、因素纳入变量，与其它经济模型相类似，比如讨论石油消费与经济增长的协整关系(芦琳娜，雷涯邻，车纲，2012[23])。

各种预测方法使用的镍资源供需数据为1995～2013年度数据，其中，镍产量、消费量、不锈钢产量数据来自世界金属统计，GDP数据来自国家统计局网站。

32020年、2025年、2030年我国镍资源供需预测实证分析

根据上节提到的各种模型对2020、2025、2030年我国镍资源需求量与供应量进行预测，进行熵值法计算后，得出镍资源供需量组合预测值。

3.12020年、2025年、2030年我国镍矿需求量预测

本文拟采用人工神经网络法、二次多项式法、直线模型三种方法对我国镍资源需求进行预测。

人工神经网络设计采用单隐层的BP网络进行预测。镍精矿消费量主要由不锈钢产量拉动，受精矿产量约束，所以输入样本为2维的输入向量，同时采用16个神经元的一层隐含层，神经元转换函数采用S型正切函数tansig，输出层神经元的转换函数为函数purelin，训练函数选取trainlm的BP网络，最大训练步数为1000。运用训练好的神经网络对数据进行预测，拟合曲线见图1。

二次多项式法、直线模型估计结果分别见式(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为镍精矿消费量，GDP为国内生产总值，CSLP为不锈钢产量。三种方法的R2、RMSE均达到要求，各解释变量的系数在5%的显著性水平下均显著，拟合效果较好，见图1～3。

图1　ANN法拟合

图2　二次多项式法拟合

图3　直线模型拟合

根据上述三种方法，我国2020年、2025年、2030年镍资源需求量各方法预测值如表1所示。

预测参数取值中，我国1995～2015年GDP取实际值，2016年以后参照全球增速作修正。不锈钢消费增长速度一般是经济增长率的1.5～2倍左右，以1.5倍计算约为14.5%，考虑到过剩产能释放和前些年增长过快、行业饱和等要素，2014年定为13%，2015年之后为8%。

由熵值法确定三种预测方法的熵值，变异系数，权重，根据三种方法的权重值计算最终的镍资源需求量值，见表2。

表1　我国2020年、2025年、2030年镍

表2　我国镍资源需求量组合预测值

3.22020年、2025年、2030年我国镍矿供应量预测

本文拟采用二次多项式法、逻辑斯蒂模型、指数函数法三种方法对我国镍资源供应进行预测。三种方法均为非线性计量模型方法，在实践中运用较普遍。

二次多项式法模型、逻辑斯蒂模型、指数函数法三种方法估计结果分别见式(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为镍精矿产量，T为年份。三种方法的R2、RMSE均达到要求，各解释变量的系数在5%的显著性水平下均显著，拟合效果较好，见图4～6。

我国2020年、2025年、2030年镍资源供应量各方法预测值见表3。

由熵值法确定三种预测方法的熵值，变异系数，权重，根据三种方法的权重值计算最终的镍资源供应量预测值，见表4。

图4　二次多项式拟合

图5　逻辑斯蒂模型拟合

图6　指数函数模型拟合

表3　我国2020年、2025年、2030年镍资源供应量各方法预测值

表4　我国镍资源供应量组合预测值

4结论与启示

4.1结论

为提升需求与供给预测的有效性，本文采用计量模型、人工神经网络等多种方法进行熵值组合预测，依据设计的研究模型与方案，分析各主要因素对我国镍资源供给及需求的影响，预测出镍资源在未来时点2020年、2025年、2030年的需求量分别为155.9万t、229.2万t、323.8万t，在2020年、2025年、2030年的供应量分别为166.6万t、237.3万t、300.1万t。由以上预测结果可见，镍资源在2020年、2025年处于供需基本平衡状态，供需缺口逐步收窄，在2030年则出现短缺，保障能力有限。

4.2启示

中国作为新兴经济体，近年来经济发展速度较快，在工业化、城镇化的进程中，中国镍消费量逐年上升。通过预测我国镍资源短期和长期供给和需求，分析我国镍资源供应和需求规律，即在国内资源有限、需求较旺的前提条件下，供应呈现出趋减态势，影响未来国家镍资源安全。如何更好的实现镍资源供需保障，需要建立产业规制、地勘投入、 贸易、金融工具等多管齐下的政策模型，实现镍产业链的全过程管理。第一，通过关联产业的需求调节镍资源的需求，实现增产或减产。第二，从源头上从加大或减少镍资源的地勘投入调节矿山镍原材料供应。第三，通过贸易、金融工具调节镍价格，用市场手段调节镍资源供应。因此在供需状态的供需平衡、供过于求、供不应求三种情形下，运用需求、供应、价格干预提出镍资源产业适度发展的政策建议。未来镍资源保障机制创新主要有三个方向。

1)从资源供给安全角度开展镍资源勘查投资与进口。通过我国镍资源短期和长期需求与供给预测，从宏观角度把握我国镍资源供需趋势，从而为今后镍资源勘查投资与进口政策提供决策依据，通过国内外镍资源勘查开发、进出口调节国内外镍资源利用，保障镍矿生产原材料供应。

2)从资源供给杠杆调节角度进行镍资源产业发展安排。观测不锈钢产业发展对镍资源供需的影响，讨论该产业对镍资源供需的杠杆调节作用，探索优化镍资源产业结构的方法，有助于科学合理确定镍资源产业产能，实现优化供应，找到资源供给角度调节产业发展的路径。

3)从镍资源的金融属性角度优化镍资源贸易。把握我国镍资源的短期和长期供需趋势，有助于更科学地发挥镍作为国际大宗矿产品的金融属性，通过合理安排与布局镍资源现货与期货贸易，从国家角度进行镍矿的储备与释放，为推高或平抑国内外镍价，为保证镍资源产业良性循环提供有效工具。

参考文献

[1]World Bureau of Metal Statistics. World Metal Statistics Yearbook 2014[M].Hertfordshire,2014: 50-56.

[2]International Nickel Study Group. World Nickel Statistics 2015 [EB/OL]. http://www.insg.org/stats.aspx.

[3]U.S. Geological Survey. Mineral commodity summaries 2014 [EB/OL]. http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/mcs/2014/mcs2014.pdf.

[4]Malenbaum W.World demand for raw materials in 1985 and 2000[M].E/MJ Mining Information Services，1978.

[5]Antrim L，Spencer P L，Woodhead W W.Cobalt，Copper，Nickel and Manganese：Future Supply and Demand and Implications for Deep Seabed Mining[M].US Department of Commerce，Office of Ocean，Resource，and Scientific Policy Coordination，1979.

[6]简曲.开发利用大洋资源应作为国家的一项基本资源政策[J].中国矿业，1999，8(5)：44-46.

[7]Gaines L，Nelson P.Lithium-ion batteries：examining material demand and recycling issues[J].Minerals，Metals and Materials Society/AIME，420 Commonwealth Dr.，P.O.Box 430 Warrendale PA 15086 USA.[np].14-18 Feb，2010.

[8]王安建，王高尚，陈其慎，等.矿产资源需求理论与模型预测[J].地球学报，2010，31(2)：137-147.

[9]那丹妮，王高尚.我国未来镍需求趋势预测及供应构想[J].中国国土资源经济，2010，23(6)：17-19.

[10]Govett M H，Govett G J S.Geological supply and economic demand：the unresolved equation[J].Resources Policy，1978，4(2)：106-114.

[11]孔繁生.特征分析在镍矿资源总量预测中的应用[J].吉林地质，1984(01)：34-45.

[12]李家厚，赵宝，孔繁生等.矿床模型法在吉林省镍矿资源总量预测中的应用[J].矿床地质，1985(02)：79-89.

[13]董明，张珂.全球镍产品供给与需求的灰色预测方法及其应用[J].科技情报开发与经济，2008，18(26)：85-87.

[14]United States.Bureau of Mines，and Gary A.Kingston.Availability of US primary nickel resources.US Government Printing Office，1970.

[15]雷涯邻，徐向阳，潘锡辉.我国稀缺矿产资源对外投资战略选区的思考[J].中国国土资源经济，2004，17(6)：31-34.

[16]梁凯.我国矿产资源可供性系统研究[D].北京：中国地质大学(北京)，2005.

[17]谢承祥，李厚民，王瑞江，等.中国查明铁矿资源储量的数量，分布及保障程度分析[J].地球学报，2009，30(3)：387-394.

[18]J.M.Bates，C.W.J.Granger，The combination of forecasts[J].Oper.Res.Q.20，1969：451-468.

[19]陈华友．组合预测方法有效性理论及其应用[M]．北京：科学出版社，2008．

[20]J.W.Denton，How good are neural networks for causal forecasting?[J].J.Bus.Forecasting 14，1995：17-20.

[21]P.F.Verhulst，Notice sur la loi que la population suit dans son accroissement[J].Corr.Math.Physics，10(1838) 113.

[22]王之军，刘建平，袁加贝.用函数模型外推法预测抗拔桩极限承载力[J].探矿工程：岩土钻掘工程，2006，32(9)：12-14.

[23]芦琳娜，雷涯邻，车纲.国际油价、经济增长与原油消费变动对国内油价的协整分析[J].资源与产业，2012，14(3)：16-23.

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

基金项目：国土资源部资源环境承载力评价重点实验室开放课题资助(编号：CCA2013.15)

作者简介：芦琳娜(1978-)，女，博士，副教授，主要从事资源环境承载力研究。E-mail：lulinna0602@gmail.com。

中图分类号：F405

文献标识码：A

文章编号：1004-4051(2016)06-0038-06