Systems Analysis and Stochastic Optimization of the Impact of a Mining Cluster Located near a Nuclear Power Plant on Frequency Stabilization

Authors

DOI:

https://doi.org/10.31649/1997-9266-2026-186-3-35-42

Keywords:

systems analysis, two-stage stochastic optimization, chance constraints, nuclear power plant, Frequency Containment Reserve, cryptocurrency mining, managed flexible load

Abstract

Systems-analysis study and a stochastic optimization model of the impact of deploying a managed cryptocurrency mining cluster at a nuclear power plant (NPP) site on frequency stabilization in the unified power system are developed. The maneuverability of nuclear units is confined to a narrow primary-control band (±2 % of nominal power) and does not allow participation in secondary reserves (FRR/aFRR) due to nuclear-physical constraints, while the growing share of renewable sources increases the demand for such resources. The proposed approach resolves this contradiction: an ASIC cluster operates as a controllable consumer that reduces the consumption within the ENTSO-E FCR deployment time (full activation ≤ 30 s) without affecting the thermal regime of the reactor.

A two-stage stochastic optimization model is developed: the first stage (day-ahead) determines the baseline cluster loading and the volume of FCR commitments, while the second stage (real-time) adjusts the plan under FCR activations across stochastic scenarios. Reliability of FCR obligations is guaranteed by chance constraints at a specified confidence level (α = 0.95). Uncertainty parameterization covers cryptocurrency price forecasting and FCR activation frequency, while stochastic scenarios of the power system state are described by autoregressive models of post-war recovery of Ukraine's energy system and renewable generation. Scenario generation uses Monte Carlo sampling with reduction to 200 representative trajectories.

A numerical example for a VVER-1000 unit demonstrates that the proposed "mining + FCR" strategy provides approximately 23 % higher daily revenue than pure mining and approximately eightfold economic advantage over a battery energy storage (BESS) alternative through the absence of CAPEX and cluster monetization in standby mode. Load localization yields an additional effect of approximately 284 million UAH annually through network loss reduction. The scientific novelty lies in formulating a two-stage stochastic model with chance constraints together with an uncertainty parameterization that integrates cryptocurrency price forecasting, FCR activation frequency, and autoregressive scenarios of the state of Ukraine's power system and renewable generation. The practical contribution is an adaptation of the U.S.-implemented behind-the-meter architecture of the Nautilus Cryptomine project to the conditions of Ukraine's power system, where a mining cluster colocated with an NPP serves as an instrument for primary frequency regulation that compensates for the limited maneuverability of VVER-1000 units.

Author Biographies

O. V. Bondarchuk, Vinnytsia National Technical University

Post-Graduate Student of the Chair of System Analysis and Information Technologies

B. I. Mokin, Vinnytsia National Technical University

Academician of NAPS of Ukraine, Dr. Sc. (Eng.), Professor, Professor of the Chair of System Analysis and Information Technologies

References

«Про затвердження Кодексу системи передачі», Постанова НКРЕКП № 309 від 14.03.2018, зі змінами, внесеними Постановою № 1036 від 28.05.2024. [Електронний ресурс]. Режим доступу: https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/v0309874-18 .

В. М. Гольдрін, та ін., «Участь АЕС України в регулюванні частоти та потужності в об’єднаній енергосистемі: аналіз проблеми та шляхи вирішення,» Ядерна та радіаційна безпека, № 1(85), с. 49-55, 2020. https://doi.org/10.32918/nrs.2020.1(85).05

«Frequency Containment Reserves (FCR)», ENTSO-E. [Online]. Available: https://www.entsoe.eu/network_codes/eb/fcr/ .

О. В. Бондарчук, і Б. І. Мокін, «Оптимальне прогнозування та керування майнінгом як гнучкою системою для балансування енергосистеми на основі методу FCR,» Вісник Вінницького політехнічного інституту, № 4, с. 85-89, 2025. https://doi.org/10.31649/1997-9266-2025-181-4-85-89 .

О. В. Бондарчук, і Б. І. Мокін, «Огляд підходів до використання електричних потужностей криптомайнінгових компаній в балансуванні електроенергетичних систем,» у Матеріали LIII Наук.-техн. конф. ФІТА, Вінниця, Україна, 20–22 берез. 2024 р. Вінниця: ВНТУ, 2024. [Електронний ресурс]. Режим доступу: https://conferences.vntu.edu.ua/index.php/all-fksa/all-fksa-2024/paper/view/20068/16617 .

О. В. Бондарчук, і Б. І. Мокін, «Майнінг криптовалют як одна із інтелектуальних технологій сталого розвитку», у Інформаційно-комунікаційні технології для стійкості та відновлення, кол. моногр., Київ, 11–12 листоп. 2025 р. Київ: Юстон, 2025. [Електронний ресурс]. Режим доступу: https://itgip.org/wp-content/uploads/2025/11/1_zbirka_2025_dlja-sajtu.pdf .

О. В. Бондарчук, «Використання надлишків згенерованої сонячної енергії для майнінгу криптовалют», у Матеріали LIV Наук.-техн. конф. ФІТА, Вінниця, Україна, 24–27 берез. 2025 р. Вінниця: ВНТУ, 2025. [Електронний ресурс]. Режим доступу: https://conferences.vntu.edu.ua/index.php/all-fksa/all-fksa-2025/paper/view/23217/19212 .

«Update 339 – IAEA Director General Statement on Situation in Ukraine», IAEA, 6 Feb. 2026. [Online]. Available: https://www.iaea.org/newscenter/pressreleases/update-339-iaea-director-general-statement-on-situation-in-ukraine .

“Talen Energy Purchases TeraWulf's Minority Share in Nautilus Cryptomine,” Talen Energy Corp., 3.10. 2024. [Online]. Available: https://ir.talenenergy.com/news-releases/news-release-details/talen-energy-purchases-terawulfs-minority-share-nautilus .

K. Fernández Cosials, R. Vecino, and C. Vázquez Rodríguez, “A flexible nuclear energy system using cryptoassets as enablers: Economic assessment,” Progress in Nuclear Energy, vol. 161, p. 104735, 2023. https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2023.104735 .

«Спеціальні аукціони на купівлю резервів для ринку допоміжних послуг: результати 1–4 спецаукціонів 2024–2025 рр.», НЕК «Укренерго». [Електронний ресурс]. Режим доступу: https://ua.energy/ancillary-services-market/ .

«Про встановлення тарифу на послуги з передачі електричної енергії НЕК «УКРЕНЕРГО» на 2024 рік», Постанова НКРЕКП № 2322 від 09.12.2023. [Електронний ресурс]. Режим доступу: https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/v2322874-23 .

Б. І. Мокін, О. В. Мазурук, Н. В. Собчук, і Д. О. Шалагай, «Авторегресійні моделі відновлення та розвитку зруйнованої війною електроенергетики України», Вісник Вінницького політехнічного інституту, № 5, с. 6-15, 2024. https://doi.org/10.31649/1997-9266-2024-176-5-6-15 .

«OREE — Оператор ринку електроенергії України: результати торгів на ринку на добу наперед (РДН)». [Електронний ресурс]. Режим доступу: https://www.oree.com.ua/index.php/control/results_mo/DAM .

В. Б. Мокін, С. О. Жуков, Л. М. Куперштейн, і О. В. Слободянюк, «Інформаційна технологія прогнозування курсу криптовалют на основі комплексної інженерії ознак», Вісник Вінницького політехнічного інституту, № 2, с. 81-93, 2022. https://doi.org/10.31649/1997-9266-2022-161-2-81-93 .

Б. І. Мокін, О. Б. Мокін, Д. О. Шалагай, і О. В. Мазурук, «Авторегресійні моделі процесу повоєнного відновлення та післявоєнного розвитку ВДЕ України», Вісник Вінницького політехнічного інституту, № 1, с. 58-65, 2025. https://doi.org/10.31649/1997-9266-2025-178-1-58-65 .

J. Janssen, A. Zocca, B. Zwart, and J. Kazempour, “Dynamic Dimensioning of Frequency Containment Reserves: The Case of the Nordic Grid,” IEEE Transactions on Power Systems, 2026. https://doi.org/10.1109/TPWRS.2025.3637187 .

BloombergNEF, “Lithium-Ion Battery Price Survey 2024,” Dec. 2024. [Online]. Available: https://about.bnef.com/insights/clean-energy/lithium-ion-battery-pack-prices-see-largest-drop-since-2017-falling-to-115-per-kilowatt-hour-bloombergnef/ .

IEA, “Batteries and Secure Energy Transitions,” Paris, 2024. [Online]. Available: https://www.iea.org/reports/batteries-and-secure-energy-transitions .

Downloads

Abstract views: 0

Published

2026-07-06

How to Cite

[1]
O. V. Bondarchuk and B. I. Mokin, “Systems Analysis and Stochastic Optimization of the Impact of a Mining Cluster Located near a Nuclear Power Plant on Frequency Stabilization”, Вісник ВПІ, no. 3, pp. 35–42, Jul. 2026.

Issue

Section

COMPUTER SCIENCE, ARTIFICIAL INTELLIGENCE AND SYSTEMS ANALYSIS

Metrics

Downloads

Download data is not yet available.

Most read articles by the same author(s)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > >>