Der Klimawandel und die zuverlässige Bereitstellung kostengünstiger Energie rücken immer mehr in den Fokus der öffentlichen Diskussion. Im letzten Jahrzehnt hat die Europäische Union erhebliche Anstrengungen unternommen, um ihren Stromsektor zu dekarbonisieren, während dem Heiz und Kühlsektor, der für die Hälfte des gesamten europäischen Endenergieverbrauchs verantwortlich ist, weniger Aufmerksamkeit zugekommen ist. Fernwärme und Fernkältesysteme entsprechen bewährten Methoden zur Bereitstellung lokal verfügbarer, günstiger und kohlenstoffarmer thermischer Energie. Sie bieten zudem vielseitige Möglichkeiten, klimaschädliche Erzeugungstechnologien im Heiz und Kühlsektor, im großen Maßstab, durch umweltfreundlichere Varianten zu ersetzen. In diesem Kontext scheint insbesondere die Nutzung des oberflächennahen geothermischen Potentials interessante Lösungsansätze zu bieten. Deshalb beschäftigt sich kontemporäre Forschung intensiv damit wie Technologien wie Wärmepumpen und thermische Energiespeicher effektiv in solche Netze integriert werden können. Ein Ziel dieser Arbeit ist es, ein Verständnis für den Fernwärme und kälte Sektor zu schaffen und Maßnahmen zu identifizieren, die zu seiner nachhaltigen Entwicklung beitragen können, wobei der Schwerpunkt hierbei auf der Nutzung von Geothermie liegt. Dazu werden zunächst die Funktionsweise und historische Entwicklung von Fernwärme und Fernkältesystemen beschrieben, um den Status quo besser zu verstehen und zukünftige Trends abzuschätzen. Aufbauend auf diesem Wissen werden relevante Technologien zur Nachrüstung sowie Wege zu deren effektiven Integration erläutert. Das zweite Ziel, welches den Hauptfokus dieser Arbeit darstellt, ist die Bereitstellung eines Rahmens für das Design und die Optimierung von geothermischen Erzeugungsanlagen in Fernwärme und Fernkältenetzwerken. Im Designprozess wurde ein hypothetisches Lastprofil eines Fernwärme und Fernkältenetzes aus Madrid, Spanien, als repräsentatives Beispiel verwendet. Zwei Programme wurden in Python geschrieben, um einen hohen Grad an Automatisierung im Design und Optimierungsprozess zu ermöglichen sowie die Verarbeitung großer Datenmengen zu erleichtern. Um Einblicke in das thermodynamische Verhalten eines solchen Systems zu gewinnen, wurde eine Erzeugungsanlage, welche das oberflächennahe geothermische Potenzial nutzt, in der Simulationsumgebung TRNSYS modelliert. Mit den generierten Daten wurde eine Sensitivitätsanalyse bezüglich der Kraftwerkstopologie durchgeführt, um die Auswirkungen variierender Topologieparameter auf die Erzeugungskosten, spezifischen CO2 Emissionen sowie die Deckung des Heiz und Kühlbedarfs zu untersuchen. Die Ergebnisse zeigen die optimalen Größen für den Wärme und Kältespeicher sowie die optimale Anzahl an reversiblen Wärmepumpen.