基于组合赋权 TOPS IS 的新能源关键金属供应安全动态评价与预警研究论文

 

　　关键词：新能源产业,关键金属,供应安全,TOPSIS

 

　　中国，作为新能源产业的领军国家，坚持创新、协调、绿色、开放、共享的新发展理念，构建多元清洁的能源供应体系。在“双碳”目标的带动下，我国关键金属的需求量将持续快速增长，而关键金属的稳定供应对于整个产业的持续健康发展具有举足轻重的作用。因此，开展中国新能源产业关键金属供应安全问题研究、识别并厘清中国新能源产业关键金属供应安全趋势，对维护中国新能源产业关键金属供给安全具有重要意义。目前研究针对国家金属供应安全影响因素，供给风险评价指标优选和矿产资源重要性评价等方面的研究积累了丰富的成果，然而，鲜有围绕“从金属供应全产业链的视角进行我国新能源产业关键金属供应安全评价”这一科学问题的研究。

 

　　本文边际贡献在于:①从金属供应全产业链构建了以供应稳定、价格波动、技术替代、地缘政治、社会及环境风险为一级指标的关键金属供应安全评价指标体系,全面地刻画了新能源产业关键金属安全评价的内容体系；②运用改进的TOPSIS法评价2008-2022年中国新能源产业关键金属安全，综合考虑了主客观权重的双重影响，提高了评价结果的科学性和准确性。

 

　　1研究方法与数据说明

       1.1指标选取及数据来源

 

　　1.1.1研究对象

 

　　通过参考相关文献、梳理我国新能源产业的关键金属的使用以及集合数据可获得性和全面性，选取了我国新能源产业发展所需的八种关键金属锂、钴、镍、铜、铁、铝、锰、钛，从金属供应全产业链的供应稳定、价格波动、技术替代、地缘政治、社会及环境风险五个维度出发构建十个安全性评价指标，对这些金属供应全产业链的安全性进行分析和评价。

 

　　1.1.2指标体系的构建与测量

 

　　基于新能源产业关键金属供应的全产业链安全性的内涵，结合中国新能源产业关键金属，如锂、钴、镍等，面临着资源禀赋不足、海外供应风险高、技术创新和替代能力待提升等特点，借鉴相关研究成果，同时将问卷调查法与实地调研法相结合。通过问卷调查，广泛收集行业内人士及专家的意见与建议，确保评价指标的全面性和针对性。而实地调研则提供了第一手的现场数据与真实情况反馈，进一步增强了评价指标体系的实际操作性。这种综合方法的运用，使评价指标体系能够更准确地反映中国新能源产业关键金属供应的全产业链安全状况，为相关政策的制定和产业的发展提供了有力支持。基于此构建了一套包含供应稳定、价格波动、技术替代、地缘政治、社会及环境风险五个一级指标，进口依赖度、采储比、价格波动、消费增长率、伴生金属依赖性、可替代性、国家集中度、政治稳定性、环境风险系数、人类发展指数等10个二级指标的新能源产业关键金属供应的全产业链安全性评价指标体系。

 

　　1.1.3数据来源

 

　　本文金属矿产资源进口依赖度来自中国海关总署，查明资源储量/产量来自国家统计局、中国有色金属工业年鉴、中国土地矿产海洋资源统计公报和USGC，当年和上年年均进口价格来自中国海关总署，当年/上一年产量来自国家统计局和USGC，人类发展指来自UNDP.Human Development Report,国家集中度来自Mineral Commodity Summaries,政治稳定性源自Worldwide Governance Indicators，环境风险来自Environmental Performance Index(EPI)of Yale University research，政策感知系数来自Fraser Institute Annual Survey of Mining Companies等。

 

　　1.2研究方法

 

　　1.2.1改进的TOPSIS法

 

　　TOPSIS法最早由Hwang等提出，是一种有限方案多目标决策分析方法，在有限方案选择中展现出其独特的优势。该方法在样本规模、指标数量以及数据分布等方面均展现出高度的灵活性，且以其计算高效、信息损失小、几何直观性强等特点，可较好地用于金属矿产资源安全性评估。然而，值得注意的是，传统的TOPSIS法在指标权重的确定上过于主观或客观，其基于欧氏距离对各方案进行的排序也可能无法全面、准确地反映评价方案的优劣。因此，本文提出了一种创新的策略，即结合问卷调查结果主观赋权与“熵权法”的组合赋权方法来确定指标权重。这一方法巧妙地融合了主观与客观权重的优点，有效地减少了单一赋权方式可能带来的偏差，并对评价对象与正、负理想解之间的距离计算公式进行了优化。评价步骤如下:

 

　　①指标标准化处理。为消除各评价指标量纲不同对评价结果的影响，采用极差法进行无量纲化处理，得到指标标准化值，设为。②组合权重计算。首先，利用均值赋权法得到评价指标的主观权重，记为。其次，运用熵权法得到评价指标的客观权重记为wa=(wa1,w z…wa)。最后，借鉴孙涵等的做法，按照最小信息熵原理，将主观权重和客观权重进行优化处理，并利用拉格朗日乘子法得到组合权重。③加权规范化矩阵构建及正负理想解确定。结合指标权重与指标标准化矩阵v=(vi j)m=(wxi j)m，构建加权规范化矩阵，并找出各指标的最大值和最小值，分别将其作为正理想解和负理想解，设为v+、v-。④欧氏距离计算。分别计算各评价对象到正、负理想解的欧式距离。⑤相对贴近度的计算。利用计算评价对象与正理想解的接近程度,即各金属矿产资源安全贴近度Ci。（：其值越大，表明第年金属矿产资源安全水平越高，预警等级越低；反之安全水平越低，预警等级越高。）⑥预警等级划分标准。参考相关研究成果，依据贴进度以等距离方式将金属矿产资源安全警情状况划分为5个等级，即不安全[0,0.2]、较不安全(0.2,0.4]、临界安全(0.4,0.6]、较安全(0.6,0.8]、安全(0.8,1.0]。

 

　　1.2.2问卷调查法

 

　　团队广泛使用问卷调查法，全面收集新能源产业关键金属供应的多元信息。问卷设计涵盖供应链稳定性、成本效益、环境影响、技术创新、政策支持等领域，并探讨了行业对供应安全性的看法和应对策略。问卷通过专业平台、行业论坛、电子邮件等多渠道发放至产业链各环节，确保数据的广泛性和代表性。分析结果为构建指标体系和主观赋权提供了科学依据。

 

　　1.2.3实地调研法

 

　　团队通过实地调研，走访矿山、冶炼厂、新能源设备制造基地等，观察和记录关键金属供应流程，并与工作人员深入交流，获取实时数据和专业建议。这些第一手资料揭示了问卷难以触及的问题，为理解供应流程和行业风险提供了重要支持，有助于构建更贴近实际的指标体系。

 

 

　　根据AHP法与熵权法原理得到各指标权重计算结果，其中主观权重的计算融合了专家意见采用问卷方式向高等院校、设计院、矿山企业等单位矿业工程和经济管理领域专家发放专家意见调查表，请专家按1~9的标度对每一层次评价指标的相对重要性进行判断打分，共发放问卷20份，收回18份，整理并计算得到中国铁矿资源经济安全评价指标主观权重，并基于我国原始数据标准化指标进行结果分析。

 

　　2.1各金属安全评级结果

 

　　锂资源的安全评价进度在多数年份中保持相对稳定，尽管2015年曾一度提升至较安全水平，但随后又回落到临界安全区域，且频繁发出黄色预警，这表明锂资源的供应风险始终较高，但并未出现显著恶化或改善的态势。从2008年到2022年，锂资源的安全评价贴进度在临界安全状态徘徊，其中2015年达到相对较高的安全水平。这主要得益于新能源汽车产业的快速发展，特别是电动汽车的普及，导致了对锂资源的强劲需求。然而，由于全球供应链的不稳定、技术进步带来的电池能量密度提升以及新型电池的研发，使得对锂资源的需求和供应之间呈现波动。此外，国际政治经济环境的变化，如贸易战和地缘政治紧张，也可能对锂资源的进口安全产生影响。

 

　　对于钴资源，其安全评价进度在2011-2017年间呈现下降趋势，表明供应风险逐渐增大，而2018年之后虽有所回升，但整体仍处于临界安全水平，橙色预警和黄色预警交替出现，显示出钴资源供应的不稳定性。早期，由于新能源汽车市场的规模相对较小，钴资源的供应相对稳定。然而，随着新能源汽车市场的迅速扩张，尤其是三元锂电池的广泛应用，钴资源的需求急剧增长，导致供应紧张。此外，钴资源主要依赖进口，国际市场价格波动和贸易政策变化对钴资源的供应安全产生了较大影响。

 

　　镍资源的安全状态在2018年前基本保持临界安全，但随后逐渐下降至较不安全状态。这主要是因为随着新能源汽车市场的发展，尤其是高镍三元锂电池的推广，对镍资源的需求快速增长。然而，镍资源的供应相对集中，主要依赖少数几个国家，这使得镍资源的供应安全面临较大风险。同时，全球镍矿资源的开采和利用效率也是影响镍资源安全的重要因素。

 

　　铜资源的供应风险也呈现出类似的趋势，从临界安全逐渐转变为较不安全，特别是2015年之后，橙色预警频繁出现，这主要是因为铜资源在新能源产业中的应用范围广泛，包括电线电缆、电机、变压器等关键部件。随着新能源产业的快速发展，对铜资源的需求持续增长。然而，铜资源的供应受到全球经济形势、国际贸易政策以及资源开采成本等多种因素的影响，使得铜资源的供应安全面临挑战。

 

　　铁资源的安全状态在2008-2022年期间相对稳定，基本保持在临界安全状态。这主要是因为铁资源是全球产量最大的金属之一，供应相对充足。同时，铁资源在新能源产业中的应用主要集中在风力发电、太阳能发电等领域，这些领域对铁资源的需求相对稳定。然而，铁资源的开采和利用效率、环保政策以及国际贸易政策等因素也可能对铁资源的供应安全产生影响。

 

　　从铝的供应风险来看，整体呈现波动上升的趋势。特别是在2010年至2015年期间，供应风险贴近度从0.55显著上升至0.78，预警等级由黄色预警变为橙色预警，显示其供应安全性正在逐步下降。这一时期，随着中国经济的飞速发展，对铝资源的需求激增，而国内产量增长有限，导致对外部市场的依赖度不断攀升，加之国际市场价格波动频繁，使得铝的供应风险加大。

 

　　对于锰的供应风险，近年来则呈现出先升后降的态势。在2008年至2012年期间，供应风险贴近度由0.45上升到0.65，预警等级由蓝色预警转为黄色预警，显示出锰的供应安全状况在逐渐恶化。这主要是由于全球范围内锰矿资源的开采量有限，而中国市场对锰的需求持续增长，导致供需矛盾加剧。然而，自2013年起，随着技术进步和新的锰矿资源的发现，锰的供应风险开始逐渐降低，供应安全状况有所好转。

 

　　钛的供应风险则呈现出相对平稳但略有上升的趋势。尽管其供应风险贴近度在近年来波动不大，但整体而言仍有所上升，预警等级由蓝色预警逐渐转为黄色预警。这主要是由于钛资源的开采和利用技术相对复杂，成本较高，导致其在市场上的供应量有限。同时，随着钛在航空航天、汽车制造等领域的应用不断扩大，市场需求持续增长，使得钛的供应风险逐渐加大。然而，值得注意的是，近年来随着国家对新材料产业的扶持和投入增加，钛资源的研发和利用技术不断进步，未来钛的供应安全状况有望得到改善。

 

　　3结论及建议

       3.1结论

 

　　本文以我国新能源产业的关键金属为研究对象构建基于供应稳定、价格波动、技术替代、地缘政治、社会及环境风险为一级指标的关键金属供应全产业链安全评价指标体系，将主观赋权法（AHP）和客观赋权法（熵权法）相结合确定指标权重运用改进的TOPSIS法对2008-2022年中国新能源产业关键金属安全状况进行评价，主要结论如下。

 

　　新能源关键金属资源供应风险普遍较高，从2008年至2022年，新能源产业所依赖的关键金属资源（如锂、钴、镍、铜等）的供应风险整体较高，多数时间处于临界安全状态或更不安全的状态，反映出全球新能源产业快速发展与资源供应稳定性之间的矛盾。

 

　　市场需求与供应波动显著，随着新能源汽车市场的迅速扩张和技术进步，对关键金属资源的需求急剧增长，导致市场供需关系波动剧烈。这种波动不仅受到全球经济形势和国际贸易政策的影响，还与技术进步带来的新材料研发和应用密切相关。

 

　　3.2政策建议

 

　　加强关键金属资源地质勘查工作。首先，确保中央与地方财政对地质勘查的持续稳定投入增长，并积极引导社会资本参与，以多元化资金注入激活勘查活动。其次，需深化关键金属成矿理论探索，融合先进技术与方法，在既有矿山周边及深部区域开展高效找矿，旨在发掘潜在资源，缓解产量下降趋势。最后，应加大对西部地区勘查力度，尤其是针对勘查程度较低的区域，充分挖掘其关键金属矿产资源的潜力，通过系统勘查工作，进一步提升资源探明储量，为国家新能源产业发展奠定坚实基础。

 

　　建立健全市场监测与预警机制，及时跟踪关键金属市场动态，预判并应对潜在供应风险。优化国际贸易政策，促进公平贸易，减少贸易壁垒，同时利用国际贸易规则保护国内产业利益。

 

　　推动绿色发展与循环经济，鼓励新能源产业采用环保生产方式，提高资源回收利用率。加强国际合作与交流，共同应对全球新能源产业挑战，推动技术创新与产业升级，提升全球竞争力。