摘要
钴作为矿产资源的一种,被广泛用于电池、高温合金及硬质合金等多个领域,是我国重要的战略矿产和紧缺矿产之一.一方面,随着国民经济的发展,钴资源消费进入快速增长时期,自 2009 年中国消费超过日本成为全球第一大钴消费国后,中国钴的消费量一直居高不下,并且近年来新能源产业和 3C 产品蓬勃发展,预计将带动全球钴需求一直保持高位运行;另一方面,中国钴资源匮乏,自给能力严重不足,资源消费依赖于从全球大量进口.同样作为资源消费大国和地区的美国、日本及西欧与中国一样,钴资源十分紧缺,严重依赖进口.那么就构成了主要钴消费国家和地区在全球钴资源进口需求方面的竞争关系,随着消费扩大、资源逐渐耗竭,各国家和地区对于钴资源需求的竞争会越来越激烈.
为了能够获得足够的资源供应以保证新能源等钴相关行业的平稳发展, 本文收集了钴储量、产量、消费量、贸易量及需求预测模型等相关数据及信息,分析了资源需求预测多种模型的适用性及缺陷,最终确定了不同的灰色预测模型,分别预测了中国、美国、日本、和西欧四个主要钴消费国家和地区的钴消费量.一方面,本文假设短期内钴主要消费国家和地区不会发生变化,在此基础上,根据这些国家和地区的预测钴消费量,从资源消费数量角度分析全球钴需求竞争格局;另一方面,对于国际上钴资源的竞争最终会体现在对其初级贸易产品的竞争上,因此,本文根据联合国贸易数据库(UN Comtrade Databases) 上 9 种与钴相关的初级商品,按生产环节分类,分析不同类别钴商品,从商品角度研究钴需求竞争格局.
研究结果表明,中国、美国、日本及西欧在 2020 年钴需求量分别为 9.35、1.15、1.47和 1.08 万吨,2025 年分别为 19.5、1.2、1.48 和 1.11 万吨;从钴资源消费数量角度分析需求竞争格局,未来中国将进一步拉大与美国、日本和西欧地区在消费量上的差距;从商品贸易角度分析,对于钴矿贸易,中国与美国、日本和西欧地区不构成竞争关系;对于钴湿法冶炼中间产品贸易,中国进口占比 84%,主要与西欧地区形成一定的竞争关系;对于精炼钴贸易,美国与西欧地区进口占比最大,形成主要的竞争关系.
关键词:钴资源,灰色预测模型,需求预测,需求竞争格局
Abstract
As one of the mineral resources, cobalt is widely used in many fields, such as batteries,superalloys and cemented carbides. It is one of the important strategic emerging and scarceminerals in China. On the one hand, with the development of national economy, the consumptionof cobalt resources has entered a period of rapid growth. Since China's consumption surpassedJapan as the world's largest consumer of cobalt in 2009, the consumption of cobalt in China hasremained high. In recent years, the new energy industry and 3C products have been developingvigorously, which is expected to drive the demand of cobalt in world to maintain a high level.Onthe other hand, China's Cobalt resources are scarce and its self-sufficiency is seriously insufficient,and its resource consumption depends on a large number of imports from the world. Like China,the United States, Japan and Western Europe, which are also major resource consumers, are inshort supply of cobalt resources and heavily dependent on imports. Then it constitutes thecompetition relationship between the main cobalt consuming countries and regions in the globalcobalt resource import demand. With the expansion of consumption and the gradual depletion ofresources, competition among countries and regions for the demand for cobalt resources willbecome increasingly fierce.
In order to obtain sufficient resource supply to ensure the stable development of new energyand other cobalt related industries. This paper collects data and information about cobalt reserves,production, consumption, trade volume and demand forecasting models, analyzes the applicabilityand defects of various models of resource demand forecasting, and finally determines differentgrey forecasting models, respectively predicting cobalt consumption in four major cobaltconsuming countries and regions in China, the United States, Japan and Western Europe. On theone hand, this paper assumes that the main consumption countries and regions of cobalt will notchange in the short term. On this basis, according to the predicted cobalt consumption of thesecountries and regions, this paper analyzes the global cobalt demand competition pattern from theperspective of resource consumption quantity; On the other hand, the competition for internationalcobalt resources will ultimately be reflected in the competition for its primary trade products.Therefore, according to the nine primary commodities related to cobalt on the UN Comtrade databases, according to the classification of production links, this paper analyzes different typesof cobalt commodities, and studies the competition pattern of cobalt demand from the perspectiveof commodities.
The results show that the demand for cobalt in China, the United States, Japan and WesternEurope is 93500, 11500, 14700 and 10800 tons in 2020, 195000, 12000, 14800and 11100 tons in2025, respectively; From the perspective of consumption quantity of cobalt resources, this paperanalyzes the demand competition pattern. In the future, China will further widen the gap inconsumption quantity with the United States, Japan and Western Europe; From the perspective ofcommodity trade, for cobalt ore and concentrate trade, China does not form a competitiverelationship with the United States, Japan and Western Europe. For the trade of intermediateproducts of cobalt hydrometallurgy, China's import accounts for 84%, mainly forming a certaincompetitive relationship with Western Europe; for the trade of refined cobalt, the United Statesand Western Europe account for the largest proportion, forming a major competitive relationship.
Keywords: Cobalt resources, Grey prediction model, Demand forecast, Demand competitionpattern
目 录
1 绪论.............................................................................................................................................1
1.1 选题背景及意义..............................................................................................................1
1.1.1 选题背景...............................................................................................................1
1.1.2 研究意义...............................................................................................................2
1.2 研究现状..........................................................................................................................2
1.2.1 研究机构现状.......................................................................................................2
1.2.2 钴资源研究现状...................................................................................................3
1.3 研究内容与方法..............................................................................................................3
1.3.1 研究内容...............................................................................................................3
1.3.2 研究方法...............................................................................................................4
1.4 数据来源与技术路线......................................................................................................4
1.4.1 数据来源...............................................................................................................4
1.4.2 技术路线...............................................................................................................5
2 相关方法与理论基础.................................................................................................................6
2.1 需求预测方法及应用概况..............................................................................................6
2.1.1 投入产出法...........................................................................................................6
2.1.2 部门分析法...........................................................................................................6
2.1.3 类比法...................................................................................................................7
2.1.4 数学模型法...........................................................................................................7
2.1.5 钴资源需求预测模型对比...................................................................................8
2.2 灰色系统理论及模型......................................................................................................8
2.2.1 灰色系统原理.......................................................................................................8
2.2.2 灰色预测模型.......................................................................................................9
2.2.3 数据序列处理.....................................................................................................13
2.2.4 参数的解及模型适用范围.................................................................................14
2.2.5 误差检验方法.....................................................................................................15
3 钴资源概况...............................................................................................................................17
3.1 钴资源性质与用途........................................................................................................17
3.1.1 钴资源性质.........................................................................................................17
3.1.2 钴资源用途..........................................................................................................17
3.2 全球钴资源概况............................................................................................................18
3.2.1 全球钴矿资源储量及分布.................................................................................18
3.2.2 钴矿床及类型.....................................................................................................19
3.3 钴资源供应概况............................................................................................................19
3.3.1 矿山钴生产.........................................................................................................19
3.3.2 精炼钴生产.........................................................................................................20
3.4 钴资源消费概况............................................................................................................21
3.4.1 全球钴资源历史消费量.....................................................................................21
3.4.2 全球钴资源历史消费结构.................................................................................23
3.4.3 钴资源主要消费国家和地区概况.....................................................................24
3.5 小结................................................................................................................................27
4 钴资源需求预测.......................................................................................................................29
4.1 钴资源需求预测模型....................................................................................................29
4.2 灰色预测模型选择依据................................................................................................29
4.3 钴资源需求预测............................................................................................................30
4.3.1 中国钴资源需求预测.........................................................................................30
4.3.2 美国钴资源需求预测.........................................................................................33
4.3.3 日本钴资源需求预测.........................................................................................36
4.3.4 西欧钴资源需求预测.........................................................................................40
4.4 小结.................................................................................................................................43
5 钴资源需求竞争格局分析.......................................................................................................45
5.1 钴消费数量角度的需求竞争格局分析........................................................................45
5.1.1 消费数量角度钴需求竞争格局历史及现状分析.............................................46
5.1.2 消费数量角度未来钴需求竞争格局分析.........................................................47
5.2 钴贸易商品角度的需求竞争关系分析........................................................................49
5.2.1 中美日及西欧地区主要钴进口商品分析.........................................................50
5.2.2 钴商品需求竞争关系分析.................................................................................54
5.3 小结................................................................................................................................57
6 结论与不足...............................................................................................................................58
6.1 研究结论........................................................................................................................58
6.2 研究不足........................................................................................................................58
致谢...............................................................................................................................................60
参考文献.......................................................................................................................................61
附录...............................................................................................................................................65
1 绪论
1.1 选题背景及意义
1.1.1 选题背景
钴资源是经济社会发展的必要物质基础之一,钴具有优越的物理和化学性质,耐腐蚀及耐磨性好、铁磁性强、强度高,这些性质使钴资源在多领域应用,如电池、高温合金及硬质合金等.21 世纪以来,随着新能源、绿色环保等战略性新兴产业的兴起与飞速发展,锂电池成为钴消费最大的领域,目前钴在新能源领域的应用具有不可替代性,其重要性不言而喻.越来越多的国家开始重视钴资源,2008 年日本新能源产业的技术综合开发机构(NEDO)在报告《Trend Report of Development in Materials for Substitution of Scarce Metals》中将钴等14种矿产列为重要矿产;2010年美国能源部发布的报告《Critical Materials Strategy》中将钴等 14 种矿产列为"关键矿产"(US Department of Energy,2010);同年,欧盟在报告《Report on Critical Raw Materials at EU Level》中确定了包括钴在内的 14 种非能源"关键矿产"(Europe Commission,2010);中国 2016 年在报告《全球矿产资源规划(2016-2020)》中将钴列入"战略性矿产目录".
根据 JOGMEC 统计数据显示,中国、美国、日本和西欧地区是全球钴资源消费最多的国家和地区,尤其是中国,消费量占全球一半以上,是全球第一大钴消费国家,因为新能源汽车的蓬勃发展带动了中国钴消费,预计未来中国钴消费增长潜力仍然很大,美国、日本和西欧地区消费量相差不大,其消费量仅次于中国,消费增速均较为平缓.相对于大量的钴消费而言,中国、美国、日本及西欧地区的资源并不丰富甚至可以称为钴资源匮乏国.跟据美国地质调查局(USGS)的数据统计,全球钴资源集中于少数国家,其中刚果(金)钴资源量占全球一半左右,是全球第一大钴资源国,澳大利亚、古巴、菲律宾及俄罗斯也是钴资源量大国,储量仅次于刚果(金),以上五个国家储量合计占全球陆地钴资源 85%以上,全球钴资源供应主要集中于以上钴资源富集国,其中刚果(金)在 2018 年提供了全球 90%以上的钴矿石和 75%以上钴湿法冶炼中间产品,供应高度集中于刚果(金).
中国、日本、美国及西欧地区是钴资源消费大国和地区且消费增长潜力巨大,但国内和地区内资源匮乏,自给能力不足,大量资源消费依赖进口,尤其是中国,近几年的对外依存度在 90%以上.为了保障各国家和地区钴相关产业的平稳发展,这些资源匮乏的钴需求大国和地区最终会在国际市场上获取本国和地区所需要的钴资源,因此,这些国家和地区之间会形成竞争关系,本文在此基础上,进一步分析研究全球钴资源需求竞争格局.
1.1.2 研究意义
在技术飞速发展,更新迭代和国家提倡与支持大力发展保护环境的清洁能源的背景下,新能源汽车产业、3C 产品等发展迅速,规模不断扩大,钴资源作为其电池的重要组成部分,未来钴需求将持续增长,而我国又是钴资源匮乏国,大部分供应依赖从外部进口,对外依存度较高.为保障新能源等清洁产业的可持续发展所需的钴资源,本文以主要钴消费国家和地区 2000-2018 年消费数据为基础,预测了 2019 至 2025 年中国、美国、日本及西欧地区钴消费量,在此基础之上,从消费量角度和钴商品贸易角度分析了全球钴资源需求竞争格局,得出的结论对国家层面宏观调控和企业生产安排、经营战略的制定与转变等具有重 要的参考意义.
1.2 研究现状
21 世纪以来,随着新能源与绿色环保等战略性新兴产业的不断发展,钴逐渐进入人们的视野,国内外出现大量对钴的研究,有不同研究机构和学者的研究.笔者通过阅读国内外相关文献,梳理了钴资源研究机构及资源的研究现状.
1.2.1 研究机构现状
研究钴资源的机构主要包括美国地质调查局(USGS)、世界金属统计局(WBMS)、日本石油天然气金属矿产资源研究机构(JOGMEC)、联合国贸易数据库(UNCD)、中国海关统计局、SNL、钴发展协会(CDI)以及安泰科等.
美国地质调查局统计了全球钴资源的储量、产量、价格等详细数据,分析了美国本土钴资源的产量、消费及贸易等;世界金属统计局(WBMS)统计了各国精炼钴的产量;日本石油天然气金属矿产资源研究机构(JOGMEC)分析统计了中国、美国、日本及西欧的钴消费及消费结构数据,钴产品进出口贸易及主要贸易国等数据;联合国贸易数据库(UNCD)和中国海关统计局统计了钴各种商品进出口数据,主要贸易国家等数据;SNL 数据库对钴矿山及其产量、矿山权益情况以及与矿山相关的其他数据进行了统计;钴发展协会(CDI)统计了主要钴生产企业产量、钴消费以及钴市场供需情况;安泰科每年发布的报告中详细的对钴资源量、产量、消费量、价格和供需关系等方面进行了详细的阐述.
1.2.2 钴资源研究现状
海外着名学者的研究主要包括钴资源禀赋与应用、含钴矿床、开发利用情况、供给与需求和钴回收技术等方面.Misuzu (2013)通过化学性质分析、消费者调查表研究了锂电池及其终端产品,进而分析了锂电池中钴等元素的回收,从对钴的物质流分析中得出笔记本电脑和智能手机用钴是钴需求增长的主要因素;Batnasan(2014)年通过浸出和沉淀开发可以从低品位红土镍矿中提取镍和钴;Song(2018)开发了从锌冶炼渣中回收钴的简单方法,且回收率达到 88%;Susan(2020)年总结了关于钴供应链的详细地区数据,借以确定钴初级产品供应中断对钴供应链的影响,并评估钴供应风险.Helbig et al(2018)通过层次分析法评估了 6 种不同锂电池中所用矿物的供应风险.Tisserant and Pauliuk (2016) 在文章中指出,全球钴将以低增长率缓慢增长,但预计未来四十年内需求将扩大一倍;Deetman etal(2018)预计到 2050 年全球钴需求将增加 10-20 倍;
国内对钴的研究主要集中在资源概况、典型矿床特征、物质流、供需格局及预测和废弃物中提出钴金属技术等.丰成友(2002,2004)分别阐述了全球与中国钴资源状况、矿床类型和资源开发利用现状;王永利等(2005)阐述了回收钴的重要性,并归纳介绍了火法、湿法、萃取分离、液膜和微生物浸出法等钴的回收方法,李安国等(2009)和刘艳(2013)也介绍了钴的回收方法;文博杰等(2018)基于"STAF"模型分析了中国 2015 年钴物质流并计算得到钴对外依存度、循环效率和环境效率等关键指标,在此基础上为中国钴资源利用提出了合理建议;周艳晶等(2019)介绍了全球和中国的钴资源供需格局及未来趋势,定量评价了主要钴资源国的投资环境,并划分了投资规划区;刘全文等(2018)从资源保障度、市场集中度和地缘政治等指标出发,评价了钴资源供应风险;李成伟等(2018)和孙毅豪(2019)也研究了钴资源供应现状及供应安全;周艳晶(2014)、丁钰钦(2017)、刘全文(2018)和王京(2019)年介绍了中国钴需求情况,并采用部门需求预测、系统动力学和灰色模型等预测了中国未来 5-10 年内的钴资源需求.
1.3 研究内容与方法
1.3.1 研究内容
本文研究内容主要包括钴资源主要消费国家和地区的需求预测和以钴主要贸易产品为落脚点的钴资源需求竞争格局的分析.基于中国、日本、美国及西欧地区 2000-2018 年的实际钴消费量数据,采用不同的灰色预测模型预测主要钴消费国家和地区 2019-2025 年的钴资源需求量;对于钴资源需求竞争格局的分析,一方面在对主要钴消费国家和地区进行需求预测的基础之上,从消费数量角度分析;另一方面,通过分析钴商品贸易数据并对其分类,以此为出发点,从钴商品角度分析钴资源需求竞争格局,主要章节安排如下:
第一章,综述本文研究背景与意义,了解钴资源研究现状,确定研究内容与方法,明 确技术路线;第二章,归纳整理钴需求预测方法,并总结各种方法的适用性和缺陷,最后介绍本文所使用的的灰色模型原理与定义及其误差检验方法;第三章,阐述钴性质用途、资源禀赋与分布、矿床类型及钴资源生产供应,还阐述了钴资源的消费情况,明确了以中国、美国、日本及西欧地区为主要钴资源消费国家和地区的情况;第四章,分析不同灰色预测模型的适用性,选择适用于各主要钴资源消费国家和地区的钴需求灰色预测模型,预钴资源需求并检验不同模型对同一国家和地区钴需求预测结果的精度,择优而用;第五章,首先根据联合国贸易数据库(UNCD)上所有钴初级贸易产品,进行整理与分类,进而从消费数量角度和钴商品贸易角度分别分析了钴资源需求竞争格局.
1.3.2 研究方法
(1)灰色预测模型法
在分析全球主要钴消费国家和地区的历史数据趋势的基础上,结合灰色预测模型适用条件,为主要钴资源消费国家和地区建立合适的需求预测灰色模型.
(2)情景分析法
以全球和钴资源供应量历史数据为基础,计算近 3-19 年的年均增长率,分别选出低增长、中增长及高增长三种情景,并估算未来全球钴供应趋势
(3)定性与定量分析法
1.4 数据来源与技术路线
1.4.1 数据来源
本文涉及钴资源储量、产量、消费和贸易等方面数据.全球钴储量数据、产量数据及美国钴消费结构来自于美国地质调查局(USGS)发表的《Mineral Commodity Summaries》和世界金属统计局(WBMS);全球钴消费量数据和日本钴消费结构数据来自日本石油天然气金属矿产资源研究机构(JOGMEC);全球钴贸易数据及贸易来源均来自联合国贸易数据库(UN Comtrade Database);全球钴消费结构数据及中国钴消费结构数据来源于安泰科报告、Rosskill 等.此外,本文中所用钴资源的储量、产量、消费量及贸易量均为金属量.
1.4.2 技术路线
笔者通过整理本文的研究思路、运用的方法和研究逻辑,梳理并绘制了本文的技术路线(图 1-1),也是接下来笔者研究全球钴资源需求竞争格局的框架.
首先,本文搜集了与钴资源相关的数据并整理与分析;其次,在消费历史数据特点及模型适用性的基础之上,为钴资源选定合适的预测模型,进行需求预测;然后,以需求预测结果为依据,结合情景分析方法从消费数量角度分析全球钴资源需求竞争格局,同时总结钴初级贸易产品并对其分类,进而从不同类别钴商品角度分析钴资源需求竞争格局;最后,根据以上分析,得出结论并总结研究的不足之处.
…………由于本文篇幅较长,部分内容省略,详细全文见文末附件
6 结论与不足
6.1 研究结论
文章通过分析全球和主要钴消费国家和地区钴资源储量、产量及消费量、选择主要钴消费国家和地区的灰色预测模型,预测各国家和地区的钴需求量,根据预测结果,从消费数量角度分析全球钴资源需求竞争格局,通过钴初级贸易产品数据并对其分类,以此为基础,进一步分析在不同类别钴商品贸易角度的全球钴资源需求竞争格局,得出如下结论:
(1)需求预测结果表明,中国至 2020 年、2022 年及 2025 年消费量分别为 9.35 万吨、12.55 万吨和 19.50 万吨,美国分别为 1.15 万吨、1.17 万吨及 1.2 万吨,日本分别为 1.08 万吨、1.09 万吨和 1.11 万吨,西欧地区分别为 1.47 万吨、1.47 万吨和 1.48 万吨.根据预测结果,2020 年,中国钴的消费量已经是美国的 8 倍多,是日本的近 9 倍,是西欧地区的 6倍多,至 2025 年,中国钴消费量分别是美国、日本及西欧地区的 16、18 和 13 倍之多.
(2)从钴资源消费数量角度来看,21 世纪初期,国际钴资源需求竞争关系主要存在于美国、日本及西欧地区,随着中国的快速发展,钴资源消费不断增加,至 2018 年,美国、日本及西欧地区的钴消费量与中国钴消费量相差巨大,与中国的资源竞争很小.对于未来消费数量角度的资源需求竞争格局,在全球钴资源供应量低中增长率情景下,2022 年及2023 年后中国与美国、日本及西欧地区的资源需求竞争会加剧,在全球钴资源供应量高速增长情景下,至 2025 年全球钴资源供应与需求基本持平,主要钴消费国家和地区之间的竞争关系有待进一步确认.
(3)从不同类别钴商品贸易角度来看,对于钴矿,美国、日本及西欧地区没有进口此产品,与中国不构成竞争关系;对于钴湿法冶炼中间产品,美国、日本及西欧地区均与中国构成竞争关系,但美国、日本相对于中国来说,钴矿进口量很低,竞争较小,西欧地区进口量是美国的两倍多,是主要钴消费国家和地区中与中国竞争较大的地区,但与中国仍有差距;对于精炼钴,美国与西欧地区进口占比相对于中国和日本较大,是主要的资源竞争者,中国是精炼钴生产大国,与美国和西欧地区构成上下游关系,竞争较小.
6.2 研究不足
再生钴问题 本文由于数据获取难度问题,第五章在设定情景,分析全球未来钴资源供应趋势时,采用的是全球钴矿山的一次产量作为全球供应量,没有考虑全球钴资源二次产量问题.会导致低估了全球钴资源的供应量,同时对于情景中不同增长率的设定也存在一定影响,使分析结果存在偏差,有待进一步完善.
权益资源量问题 本文研究是建立在不考虑权益资源量的假设下,考虑权益资源量因素会影响分析结果,如在全球供应无法满足全部钴主要消费国家和地区的资源需求时,钴主要消费国家和地区之间的资源竞争就会加剧,但是若某一国家或地区拥有可以满足其国内或地区内产业发展的资源量,则可以减小或者规避竞争.此外,中国消费占全球一半以上,为了规避或较小竞争,则需要争取更多的权益资源,而美国和日本及西欧地区的钴消费量相对于中国较小,其需要获得满足国内需求的权益资源较中国来说也可以较少.以上问题是未来笔者需要考虑和改进的不足之处.
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