膨胀机是循环系统的核心做功部件，用以实现高效能量转换，将高温高压超临界二氧化碳的热能转化为机械功，用以驱动负载。该膨胀机采用七级轴流式设计，进口设计参数为600℃、24 MPa、26 kg/s，额定转速16,000 rpm，输出功率3.2 MW。该膨胀机配备有干气密封系统、数字电液控制系统和危急遮断系统等，确保其在高温高压高转速工况下长期可靠运行。