中国作为世界上一次能源消费量和碳排放量最大的国家,为了实现可持续发展,加快转变经济发展方式,需要从粗放型发展模式向集约型发展模式转变,合理配置能源资源,大幅提高能源利用效率,持续减少污染物排放。黄河流域是我国重要的能源生产基地与消费基地,当前黄河流域整体经济发展水平仍然不高,能源是推动经济发展和影响生态环境的要素之一,能源效率的改善是以较少的能源消耗和污染排放来创造更多的期望产出为目标。因此,黄河流域的能源效率会影响到黄河流域生态保护和高质量发展。随着城镇化水平不断提高,人口、资本等要素持续在城市内部集聚。城镇化进程的推进不仅使城市发挥集聚的促进效应,同时经济集聚也会产生拥挤效应。经济集聚的促进效应引发的成本降低、技术溢出和能源价格下降使能源效率提高,而经济集聚的拥挤效应导致的产出规模扩张使能源效率下降。因此,需要进一步探究黄河流域城市层面的经济集聚与能源效率之间的关系。首先,本文以产出密度函数作为基础模型,将能源消费纳入该模型中,构建分析框架,探究经济集聚与能源效率之间的内在关系。然后,采用基于非期望产出的超效率SBM模型测算2003-2016年黄河流域77个地级市的能源效率,并对黄河流域能源效率的时空变化特征进行分析。最后采用空间计量模型,对经济集聚与能源效率之间的关系进行实证检验,从数理分析和实证分析两个角度研究经济集聚对黄河流域能源效率的影响。在研究结论的基础上,提出相应的政策建议。本文得到如下几点结论:（1）将能源消费作为投入要素纳入到产出密度函数中,通过模型构建和推导发现:当1＜λ＜1/α时,在经济发展初期阶段,经济集聚通过共享基础设施和技术溢出带来的正向效应有利于能源效率的改善。当λ＞1/α时,在经济快速发展阶段,经济集聚导致城市过度扩张、基础设施投资加大、企业能源需求和污染排放增加,此时经济集聚水平提高不利于能源效率的改善。因此,可以认为经济集聚与能源效率之间存在非线性关系。（2）通过对黄河流域能源效率的测算发现:在2003-2016年期间,黄河流域整体能源效率呈现出阶段性变化特征;黄河流域上中下游能源效率变化趋势与整体变化趋势一致,能源效率的排序为下游＞上游＞中游;黄河流域省级能源效率差异显著,其中山东省的能源效率一直保持在较高水平;黄河流域各地级市能源效率变化趋势与整体变化趋势类似,大部分城市的能源没有得到有效利用。此外,黄河流域能源效率变化（ML）主要源于技术进步变化（TC）,而技术效率变化（EC）则对黄河流域的能源效率变化产生抑制作用。（3）黄河流域各地级市的能源效率存在显著的空间自相关。根据全局空间自相关分析发现:在2003-2016年期间,黄河流域能源效率存在显著的空间正相关关系。根据局部空间自相关分析发现:2003年和2007年,高高集聚区主要分布在河南省,低低集聚区主要分布在黄河中上游地区;2011年和2016年,高高集聚区主要分布在山东省,低低集聚区仍主要分布在黄河中上游地区。2011年之后,高高集聚区由河南省转移到山东省,甘肃省低低集聚区减少,而陕西省低低集聚区逐渐增加。（4）根据实证分析得出:经济集聚与黄河流域能源效率之间存在显著的倒“U型”曲线关系,即在经济集聚水平在某一范围时,经济集聚带来正外部性,经济集聚水平提高促进黄河流域能源效率的改善;当经济集聚水平超过某一特定值时,城市中经济活动的过度集聚使黄河流域能源效率下降。黄河流域各地级市的城市规模不断扩大不利于能源效率的改善,城市规模过度扩张会产生拥挤效应,需新建大量的基础设施和不断扩大生产规模以满足人口规模扩大的需求,从而会导致能源消耗量快速上升。由于黄河流域的支柱产业是能源、有色、冶金和化工等产业,能源价格提高虽然能够促进能源消耗行业的能源利用强度下降,但会推动传统采矿行业能源强度的上升,也会消耗大量的能源和排放更多的污染,进而导致黄河流域能源效率下降。黄河流域的产业结构以第二产业为主,由于第二产业能源消费量明显高于其他产业,会产生相对更多的污染物,当黄河流域第二产业增加值占GDP的比重越高会导致能源效率下降。黄河流域合理的环境规制能够激励企业进行技术创新,减少企业在生产过程中的能源消耗和污染排放,从而有利于能源效率的改善。