中国电力系统转型中锂资源供需与价格波动影响研究，基于系统动力学与电力系统优化耦合模型，量化分析了2020-2060年锂需求增长57.8倍、价格峰值达无约束情景5倍等结果，揭示短期进口中断使锂价上涨29%、储能部署减少10.6%的连锁效应。
对通过国际贸易获取的关键矿产的日益依赖为电力系统的脱碳带来了新的脆弱性。对于国内资源有限的国家来说，与贸易相关的供应中断和价格波动会直接影响清洁能源技术的部署。作为世界上最大的可再生能源市场和锂的主要进口国，中国越来越容易受到此类风险的影响。然而，现有研究很少量化与贸易相关的矿产供应风险如何在动态的市场和价格反应下影响电力系统的转型。本研究开发了一个综合框架，将锂市场的系统动力学模型与电力系统优化模型相结合，实现了矿产供应条件、价格调整和清洁能源技术部署之间的逐年反馈。以锂作为能源存储的关键输入，该框架应用于中国电力系统在快速需求增长和进口中断情景下的转型。结果表明，从2020年到2060年，电力系统对锂的需求可能增加4.3至57.8倍，给供应带来了巨大压力。在供需不平衡的情况下，锂价从2025年开始持续上涨，到2050年达到无限制水平的五倍，导致电池累计部署量减少10.6%，总转型成本增加0.43%。临时进口中断进一步放大了这些影响，使锂价上涨5.8%至29%，并在关键扩张期间限制了储能部署。这些发现强调了在长期电力系统规划中明确纳入与贸易相关的矿产供应风险的重要性，并展示了该框架在分析国际贸易不确定性下的能源转型方面的适用性。
为了减轻气候变化的负面影响，一个稳健且广泛的能源转型对于减少碳排放和支持可持续发展至关重要。作为全球温室气体排放的最大贡献者，电力系统必须通过大规模部署清洁能源技术进行根本性转变（An等人，2025a；S. Zhang等人，2025）。根据国际能源署（IEA）的预测，在“既定政策情景”（STEPS）下，到2030年全球安装的可再生能源容量预计将达到9750吉瓦，在“净零排放情景”（NZE）下将达到11,500吉瓦（IEA，2024b）。国际可再生能源机构（IRENA）进一步估计，要实现1.5°C的气候目标，到2050年全球安装的可再生能源容量需要达到33,216吉瓦，几乎是2023年的十倍（IRENA，2024）。随着可再生能源部署的加速，其固有的不确定性挑战了电网稳定性和可靠的电力供应（IRENA，2023b；Tong等人，2021），这突显了通过储能和其他平衡技术提高电力系统灵活性的必要性（Victoria等人，2019）。由于锂离子电池技术的卓越能量密度和快速响应能力，目前该技术主导了市场。行业预测表明，这种领导地位将在未来几年继续保持，得益于技术进步和成本降低趋势（世界银行，2023）。到2030年，在STEPS情景下全球电池储能容量可能增加近十倍，在NZE情景下增加超过十三倍，平均放电时间也会延长（IEA，2024b）。
与化石燃料相比，可再生能源技术和储能系统需要更多的矿产（IRENA，2023a；世界银行，2017）。铜（Cu）、锂（Li）、钴（Co）、镍（Ni）、稀土元素（REEs）和铝（Al）等关键矿产对电动汽车（EVs）和电池储能至关重要。国际能源署（IEA）（2021）估计，到2050年实现全球净零排放将需要2040年的矿产输入量是当前水平的六倍。然而，由于投资周期长和资源限制，供应扩张可能难以跟上这一快速的需求增长，这引发了人们对关键矿产（特别是锂、钴和铜）潜在供应压力的担忧（Henckens，2022；Wang等人，2019）。此外，矿产生产在地理上高度集中，这增加了对国际贸易的依赖，并使进口国面临供应中断和价格波B体育官网 B体育网址动的风险。特别是锂的生产集中在少数几个国家，2023年智利、澳大利亚和中国的产量分别占全球产量的20%、45%和17%（美国地质调查局，2025）。预计这种集中度将持续存在，因为计划中的大部分产能扩张也位于这些地区（IEA，2024b）。鉴于地理多样性有限，这些国家的政治不稳定或出口限制可能对全球锂供应链产生不成比例的影响（Cheng等人，2025；IRENA，2023a；Song等人，2024）。在关键矿产中，锂对中国尤为重要，因为它在工业和能源部门中起着至关重要的作用。作为世界上最大的锂资源消费国，中国的国内产量不足以满足其需求，严重B体育官网 B体育网址依赖进口（Huang等人，2024；Jin等人，2023）。值得注意的是，2023年中国约80%的锂进口来自澳大利亚（中国海关统计，2025），使其电力系统转型对外部供应冲击特别敏感。
包括国际贸易引起的关键矿产供应风险在内的供应风险日益被视为能源转型的主要挑战（Cheng等人，2025；Xing等人，2025）。现有研究在量化不同脱碳路径下的矿产需求和评估长期供应充足性方面取得了重要进展（Che等人，2022；Watari等人，2019）。为了考虑潜在的限制，最近的工作进一步将矿产可用性纳入电力系统和综合评估模型中，表明矿产限制可以显著改变长期转型路径（Qiu等人，2024；Shi等人，2025）。然而，大多数现有方法通过静态可用性限制或外生施加的供应假设来表示矿产稀缺性。如表1所示，很少有研究明确表示短期或与贸易相关的矿产供应风险。此外，矿产价格通常被视为外生输入，限制了它们捕捉市场对矿产稀缺性反应的能力。鉴于电力系统优化模型的成本敏感性，矿产价格构成了短期供应冲击影响投资决策的关键传导渠道。虽然已经使用了各种方法（如机器学习和人工神经网络（Li等人，2023）来预测未来矿产价格，但系统动力学（SD）模型特别适合表示时变的供需互动和内生价格形成，从而能够将与贸易相关的矿产风险与电力系统转型分析一致地联系起来（Saavedra M等人，2018）。
为了解决当前的研究空白，本研究重点关注两个主要目标。首先，我们开发了一个综合建模框架，将锂市场的系统动力学模型与电力系统优化模型相结合，实现了矿产供应条件、价格动态和电力系统演变之间的逐年反馈。其次，除了需求驱动的压力外，该框架还用于检查短期和特定时间的供应风险，特别关注锂进口中断。
本研究有三个主要贡献。首先，它开发了一个综合框架，动态地将矿产市场与电力系统转型相结合，能够在统一的建模结构内联合分析锂供应条件、价格动态和电力系统转型路径。其次，通过将锂的可用性表示为动态约束而不是静态供应限制，该框架提供了对矿产受限能源转型的更适应性和现实的表示，并能够分析包括贸易中断在内的短期供应风险。第三，它填补了应用空白，因为基于价格的分析在评估矿产对能源转型的限制方面仍然有限，特别是在中国。该框架可以扩展到其他关键矿产，并帮助政策制定者在多种资源限制下设计可持续的转型策略。
在本节中，我们开发了一个耦合框架，将电力系统脱碳、矿产回收和矿产价格与动态反馈联系起来，如图1所示。首先，使用CHEER/Power模型估计典型转型路径下的锂需求，该模型是中国混合能源经济研究（CHEER）框架的一部分。接下来，通过应用Weibull分布模型评估锂的潜在供应，然后使用该模型来
在电力系统净零转型路径下，不同清洁能源技术的安装容量如图3(a)所示。太阳能和风能将占据主导地位，预计到2060年分别达到6,452吉瓦和3,440吉瓦，合计占总可再生能源新增量的80%以上。为了适应可变可再生能源份额的增加，电池储能技术将在缓解间歇性方面发挥关键作用。图3(c)展示了
在这项研究中，我们开发了一个框架，将电力系统转型与矿产供需的动态互动联系起来。该框架用于评估长期需求增长和短期贸易中断如何共同影响转型路径和系统成本。以中国的电力系统为例，分析重点关注锂，而该框架本身可以很容易地扩展到其他关键矿产、国家和行业。通过采用逐年
作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：王灿报告称获得了国家自然科学基金的支持。如果有其他作者，他们声明没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。
（编号：5211JY250009）的支持。我们衷心感谢太平洋西北国家实验室（Pacific Northwest National Laboratory）的Qiu Yang博士提供的宝贵意见和建设性建议，这些意见有助于澄清几个方法论问题并改进解释
