Faits: A. Les Services Industriels de Genève sont propriétaires de la parcelle n° 8217 du registre foncier de Collonge-Bellerive (GE), sise en zone à bâtir (zone villas; 5e zone) et sur laquelle est construite une station électrique. Le 22 décembre 2000, la société Orange Communications SA (ci-après: Orange) a déposé une demande d'autorisation de construire visant à installer des équipements de téléphonie mobile sur cette parcelle. Le Département de l'aménagement, de l'équipement et du logement du canton de Genève (appelé aujourd'hui Département des constructions et des technologies de l'information, ci-après: le département) a traité cette demande par voie de procédure accélérée et il a accordé l'autorisation sollicitée par décision du 26 juillet 2001. Cette autorisation a été annulée par arrêt du 21 janvier 2003 du Tribunal administratif du canton de Genève, au motif qu'une requête en procédure ordinaire était nécessaire. Suite à cet arrêt, Orange a déposé une nouvelle demande le 4 juillet 2003. Le projet définitif consiste à fixer sur la station électrique existante un mât d'une hauteur de 19 m, supportant deux antennes combinées ayant chacune une puissance de 1280 watts pour le GSM 1800 et de 880 watts pour l'UMTS. Les commissions et services compétents ont donné des préavis favorables. Seule la commune de Collonge-Bellerive a émis un préavis négatif. Par décision du 30 novembre 2005, publiée dans la Feuille d'avis officielle du canton de Genève du 5 décembre 2005, le département a délivré l'autorisation de construire requise. B. Cette décision a été contestée devant la commission cantonale de recours en matière de constructions, notamment par A._ et consorts. La commission précitée a rejeté les recours par décision du 1er septembre 2006. Les personnes susmentionnées ont recouru contre cette décision auprès du Tribunal administratif, qui a rejeté leur recours par arrêt du 20 novembre 2007. Cette autorité a considéré en substance que les conditions de l'octroi d'une dérogation au sens de l'art. 26 al. 1 de la loi d'application de la loi fédérale sur l'aménagement du territoire (LaLAT; RS/GE L 1 30) étaient réunies: l'implantation des antennes à l'endroit choisi était justifiée par les circonstances et le voisinage n'avait pas à subir d'inconvénients graves du fait de ces installations. Par ailleurs, le département n'avait pas abusé de son pouvoir d'appréciation concernant la clause d'esthétique contenue à l'art. 15 de la loi cantonale sur les constructions et les installations diverses (LCI; RS/GE L 5 05). Enfin, les antennes litigieuses n'étaient pas soumises aux prescriptions relatives à la hauteur des constructions, dès lors qu'elles ne devaient pas être considérées comme des constructions indépendantes. C. Agissant par la voie du recours en matière de droit public, A._ et consorts demandent au Tribunal fédéral d'annuler cet arrêt. Ils se plaignent d'une violation de l'art. 3 de la loi fédérale sur l'aménagement du territoire (LAT; RS 700) et d'une application arbitraire (art. 9 Cst.) de diverses dispositions de droit cantonal. Ils requièrent en outre l'octroi de l'effet suspensif. Le Tribunal administratif se réfère aux considérants de son arrêt. La commune de Collonge-Bellerive a renoncé à formuler des observations. Orange Communications SA et le département se sont déterminés; ils concluent au rejet du recours. D. Par ordonnance du 7 février 2008, le Président de la Ire Cour de droit public a accordé l'effet suspensif au recours.